激光直接金属沉积（LDMD）增材制造是多学科深度交叉、多技术高度融合的快速成形技术,易于实现高功能化、整体化、轻量化和个性化复杂金属零件的宏微观结构和形性一体化可控的高性能制造,在航空航天、载运工具、模具制造和生物医疗等高端装备制造领域得到成功应用。然而,沉积过程中的极端多变性和高度复杂性使得制件的组织、性能和尺寸精度难以满足高端产品的需求。目前的研究表明:制件的微观组织、宏观力学性能和热致变形均与沉积过程中的热-流输运行为密切关联,这意味着探寻热-流输运调控方法是实现“工艺-组织-性能”一体化精确成形的重要途径,而明晰热-流输运机理是实现热-流输运调控的关键理论基础。本文以光束形态为关注点,系统地开展基于光束形态的LDMD热-流输运机理研究,取得的研究结果如下:（1）针对聚焦光纤激光束的光束形态在传输空间的复杂演变特征,以及精确模型的缺失,提出一种基于光束特征参数辨识的光束形态建模方法,建立了精确的光束形态模型,发现超高斯光束（SGB）的超高斯阶数服从洛伦兹分布,明晰了通过调节激光离焦量可以实现高斯形态（GP）或超高斯形态（SGP）的定制原理。（2）针对多束同轴粉束的流数值模型存在计算耗时,基于空间几何的传统解析模型存在空间结构参数化建模困难的问题,提出了基于齐次变换理论的多束同轴粉束流的建模方法,建立粉末输运的参数化解析物理模型;提出了一种面向柱形光辅助图像粉末测量方法的降维归一化数据处理方法,妥善解决测量数据与仿真数据之间的空间维度和量纲不一致的问题;利用敏感性方法研究了多路同轴送粉头结构对同轴粉束流的影响程度,指出喷嘴径向距离和喷射角是设计送粉头的关键参数。（3）为了探明不同光束形态作用下的光-粉耦合能量输运机制,利用Lambert-Beer定律建立了激光能量衰减模型,基于集总参数法和齐次变换理论建立粉末热输运模型。研究表明:当光斑远小于同轴粉束流的粉斑时,光束形态不影响激光功率损失率,但影响光-粉耦合过程中的粉末热输运;证实了调制合适的光束形态可以调控光-粉耦合过程中的粉末热输运特征。（4）基于质量、动量和能量守恒三大定律,表观热熔法和ALE动网格技术建立了包括熔池热-流输运、固/液混合界面演变、自由界面演变的熔池输运动力学模型,揭示了SGP和GP两种光束形态作用下熔池的形貌、热输运和流体流动等熔池输运动力学特征。结果表明:光束形态对熔池大小、液相区温度、凝固界面的温度梯度、流体平均流速及其稳态响应时间有重要影响;增大激光功率会诱发流速震荡现象,且震荡幅度与功率正相关;发现熔池前、后两个涡流的分界点与熔池峰值温度所在位置一致,且分界点两侧的反向Marangoni剪切应力和反向水平涡流动量的相互抵消是导致分界点出现超低流速的关键因素。无量纲分析表明:SGP光束形态有利于细化组织和减小零件热变形,GP则有利于提升粉末预热效果、粉末利用率和质量沉积速率。