多孔介质在自然界、生物体及工业应用中广泛存在,且多孔介质中的传热传质过程发生在诸多领域,所以研究多孔介质的热质输运性质有着很重要的工程应用前景与科学价值。按照分形几何理论,所有的天然多孔介质和大多数的人工多孔介质的微孔隙结构表现出一定的分形特征。因此,分形几何理论可以用来定量表征复杂的多孔空间,进而研究多孔介质的热质输运性质。本文第一章首先介绍了多孔介质及分形几何理论,进而引入了毛细管束的分形模型和类分形树状分叉网络的分形模型,并简述了低渗透油藏储层的分形特征,接着概述了多孔介质热质输运研究过程中的基础理论。第二章中采用分形-蒙特卡罗方法研究了非饱和纤维多孔介质的传热特性。首先运用分形-蒙特卡罗方法模拟了纤维多孔介质,接着建立了非饱和纤维多孔介质有效热导率的理论模型。最后分析了无量纲有效热导率随纤维多孔介质的结构参数的变化情况。本模型的数值模拟预测结果与实验数据吻合得较好,且无量纲有效热导率被表示成非饱和纤维多孔介质结构参数的函数,模型中没有经验常数。第三章中采用分形几何理论研究了表面形貌对圆柱微通道中层流流动阻力的影响。首先引入了粗糙高度分形维数来描述微通道表面形貌的粗糙特征,并得到了相对粗糙度的表达式。接着建立了在具有粗糙表面形貌的圆柱微通道中流体层流流动时的摩擦因子和泊肃叶数的理论模型,且模型预测值与实验数据较为吻合。另外,一些多孔介质的传输通道如植物营养物质运输系统、毛细血管等表现出了一定的分形特征,可采用类分形树状分叉微通道网络来表征。因此,本部分还研究了这类多孔介质的传热特性,且得到了粗糙类分形树状分叉微通道网络相对粗糙度的表达式,推导了粗糙类分形树状分叉微通道网络的无量纲有效热导率模型,并分析了网络的无量纲有效热导率随分叉微通道网络各结构参数的变化情况。第四章中采用分形几何理论研究了低渗透油藏储层的数字岩心。研究低渗透油藏储层岩石孔隙结构特征,有助于了解流体在油藏储层的微观流动机制和热质输运性质。因此本部分采用分形几何理论定量表征了16个低渗透油藏储层数字岩心样品的孔隙结构。通过确定样品孔隙大小分布的分形维数、最大和最小孔隙尺寸,得到了数字岩心样品的孔隙率,且12个样品的孔隙率预测值与实验室测量的数据吻合较好,预测结果表明利用分形几何理论分析和预测数字岩心样品的分形参数是有效的。最后,建立了一个标准或准则,来判定数字岩心/多孔介质中的孔隙大小（或颗粒大小）分布是分形分布还是非分形分布。本文最后总结了论文的主要研究内容和创新点,并对多孔介质热质输运性质的研究工作进行了展望。