粗糙表面的高速流动与传热规律既是一个基础问题，也是航天工程领域广泛关注和研究的课题。大钝头再入式飞行器采用烧蚀热防护技术，壁面烧蚀后形成的粗糙元尺度较大，会诱发转捩和增大壁面热流，因此，在过去的几十年，粗糙壁的热流问题得到大量的研究。然而，近年来针对新型高超声速近空间飞行器而提出了“可重复使用”指标，这要求在高速飞行过程中壁面仅轻微烧蚀，保持飞行器气动性能不变。那么，高速气流经过微粗糙表面，其与壁面之间的力、热作用与光滑表面情况有何异同，是一个值得研究的问题，也是本文的研究目标。为此，我们选取不同粗糙元形状与分布规律的微粗糙壁面，利用数值模拟的方法，探究其中的壁面热流和阻力随粗糙元几何参数和来流参数的变化规律，具体的工作如下:　　1.以半无穷长正弦波状板为微粗糙壁面模型，采用OpenFOAM程序数值模拟可压缩Navier-Stokes方程组，计算了不同来流参数和不同波幅的正弦波状板流动。结果发现，由于高速流动对波状壁面同时有摩擦阻力和压差阻力（波阻）的作用，摩擦耗散与压缩功共同影响了流动的能量传递过程，因此壁面热流系数与总阻力系数呈现出直接的关联，一个波长内平均热流与平均阻力系数比CQ/CD是衡量流动与传热特性的关键参数。对于沿波状粗糙壁的附着流动，CQ/CD近似与板位置无关，仅取决于粗糙度与边界层厚度之比——等效粗糙度(h);而流动产生分离后，该参数不再随粗糙度变化，仅取决于对波状板进行相似变换后的位置。　　2.研究了不同粗糙元形状和分布对微粗糙壁流动与传热规律的影响，首先，针对半波形粗糙壁面模型和三角形粗糙壁面模型，在相同的来流参数下，探究其热流-阻力关联关系与正弦波状粗糙板的异同。结果发现，半波形粗糙壁面和三角形粗糙壁面上的附着流动与正弦波状粗糙壁的流动具有相同的特征，其平均热流系数和平均阻力系数的比值CQ/CD的规律也与波状粗糙壁面上的规律一致，等效粗糙度概念可扩展应用至三类不同形状的粗糙壁面。其次，比较了部分波状粗糙壁模型与全波状粗糙壁模型的流动规律。结果显示，对于附着流动，微幅的粗糙元对边界层厚度影响不大，壁面上特定位置的CQ/CD与之前的附着流动的历程关系不大，仍主要取决于等效粗糙度。