各种密封结构广泛应用于石油、化工和核工业等行业中,其紧密性直接关系到系统和设备运行的安全性和可靠性。由于加工表面难以消除的微观粗糙特性,任何两个表面之间的接触都是不完全的。接触密封结构通常是通过增加表面间的接触应力,来减少非接触面积。这些非接触面积形成微小孔隙,连通的孔隙又形成蜿蜒曲折的泄漏通道,界面泄漏就发生了。目前针对接触界面的泄漏研究多采用简化的手段,不能够准确地表征接触界面的特性。本文首先介绍了粗糙表面接触问题的研究背景,详细介绍了国内外在粗糙表面的分形数值模拟、破前漏(leak before break,LBB)过程中的裂纹泄漏、接触界面泄漏与接触热阻等相关领域的研究进展,并在此基础上提出了本文的研究内容。其次基于二维W-M函数模拟了分形粗糙表面的轮廓,然后扩展至三维W-M函数,通过调整分形维数和特征尺度系数模拟生成了具有不同形貌特征的各向同性的三维分形数值粗糙表面,并对其界面微孔结构进行了分析。然后将分形几何引入LBB过程中得到了裂缝微通道壁面粗糙元的有效分形高度,并利用热力学能量守恒方程得到压力容器中气体介质通过裂缝微通道的泄漏率与容器内气体状态与裂缝几何形状之间的关系,在对比验证模型正确性的基础上对有效分形高度和泄漏率的影响因素进行了分析。最后为了研究粗糙表面形貌特征对接触界面密封性能的影响,在三维分形数值粗糙表面的基础上,考虑滞止区的影响,利用A-Roth模型得到了粗糙表面变形特性与界面微孔结构几何参数之间的关系,并在此基础上与多孔介质的分形输运理论结合起来得到了接触界面泄漏率计算的数值模型。