表面功能结构的很多耦合功能,不仅受表面功能结构上的宏观结构所约束,还在很大程度上取决于表面功能结构的微细结构.如何设计一种包含不同尺度几何信息细节的CAD系统,对不同尺度下的形貌进行统一描述并实现表面的数字化建模是本文所重点研究的内容.因此,本课题将微细结构设计与功能耦合优化相结合,以表面功能结构在毛细泵吸环路(CPL)中的传热传质应用为研究背景,开展表面热功能结构的多尺度形貌数字化设计.针对表面热功能结构的多尺度形貌进行宏观与微观协同数字化设计仿真建模,并在后期CAE处理中对其相关性能研究分析,其研究成果有助于深入拓展数字化设计在表面功能结构制造学科研究领域中的应用.首先,在DEFORM-3D软件中对应用于散热领域的表面热功能结构的一种成形工艺--微沟槽犁削加工过程进行数值模拟,研究了实物加工试验中难以观测到的材料流动成形过程.分析比较了微犁削深度与加工进给量对微沟槽形貌的影响,研究发现微沟槽形貌受到加工参数的复合影响,单一的参数不能完全决定微沟槽形貌变化.同时通过正交仿真实验,统计归纳了不同加工参数下的微沟槽宏观几何参数,为表面热功能结构多尺度数字化主动设计提供数据.其次,以本实验室先前的研究为基础,进行微犁削成形毛细微沟槽加工实验.利用表面轮廓仪分析微沟槽表面形貌,通过分析数据发现,微沟槽的表面形貌可以应用分形参数进行表征,由此将分形维数评价方法与表面粗糙度参数相结合对微沟槽形貌进行表征.通过比较数据发现,在同一微犁削沟槽上,槽道不同位置上的轮廓分形维数和轮廓粗糙度均存在较大的波动变化性,但分别符合着统计意义上的正态分布和均匀分布规律,可以应用相应的统计学方法对其进行表征描述.最后,利用根据弧长参数化原理并结合W-M分形插值的表面微观形貌数字建模软件,建立了具有分形表面微观形貌特征的CAD实体模型.基于本文第三章与第四章的实验数据和研究成果对建模软件进行适当的修改完善,模拟出更为贴近实物并具有多尺度形貌特征的微犁削沟槽CAD实体模型,该模型可以应用于毛细泵吸环路中传热传质的CAE分析.在Fluent流体有限元仿真软件中进行微犁削沟槽相关流动特性分析,为今后根据不同的功能需求主动设计加工工艺提供一种新的研究思路.