换热面粗糙度对近壁流体的输运过程(传热、传动和传质过程的统称)特性都有程度不一的影响,但这些影响此前多因未能建立起表面粗糙度的完整、且与输运特性密切相关的定量表述方式而无法给出定量关联式,也无法满足界面现象、微尺度传热、强化换热和热工、流体机械微型化等应用领域日益增长的需求。鉴于当前表面粗糙度的三维表征方法多难以直接检测或难以与输运特性定量相关,本文定义了由粗糙元高度、密度和形状参数组成的三维无因次粗糙度Rc ,利用轮廓计或粗糙度仪采集管内壁面三维粗糙元的轮廓线数据,依据专门设计的软测量算法,确定相应的高度、密度和形状参数值和Rc数值;建立了三维粗糙度的管壁内表面的壁面相似律;通过实验研究建立起Rc与热量传递和动量传递的定量关联式。粗糙度的诸表征方法比较表明:粗糙元的三维评定参数Rc比其它表达方式更易于和输运特性定量关联。为了寻求一种合理的三维粗糙元换热面的加工方法,本文还进行了车削加工对粗糙度Rc影响的数值仿真研究,结果表明:只要选择合适的吃刀深度和进刀速度,就可将Rc值控制在一定范围内变化。它将有希望为三维粗糙元的综合优化设计和工程应用提供可行途径。