自然对流传热现象广泛存在于自然界和实际工程中,其中多孔介质与流体区域组成的复合封闭腔体内自然对流传热应用到更多领域：在建筑环境和建筑节能领域,进行室内舒适度评估时,具有多孔性质的外围护结构的建筑室内的温度分布和气流形态是两个重要指标：另外,建筑墙体的厚度也会影响到室内热湿环境,选择最佳墙体厚度就是一种有效的节能措施：工业生产过程,涉及到工业烘干,催化生产,核工程和农业谷物存储等相关领域。鉴于多孔介质与流体区域组成的自然对流传热机理有如此广泛的实际应用价值,无论是从科学研究还是工程应用来看,对其的探究有重要的意义。实际工程应用中,涉及到的空间多数为大尺度区域,因此流体的自然对流流动形态为高瑞利数流动。本文把具有外围护结构的建筑室看成填充多孔介质封闭腔体,采用多孔介质和空气自由流动的双区域物理模型,基于纯流体和多孔介质流动传热理论,建立了考虑壁面热辐射的流体区域和多孔介质区域的非稳态动量、能量方程,并对所建立的模型进行验证。采用有限元的方法对部分填充多孔介质封闭腔体内具有壁面热辐射的高Rayleigh数自然对流传热过程进行数值模拟分析,研究了Ra(高Rayleigh数和低Rayleigh数)对自然对流和传热的影响,尤其是高瑞利数的影响。其次,分析了各种表面发射率εi条件下的腔体近壁面边界层和温度场、流场的分布,讨论了表面发射率对自然对流和传热的影响。对不同厚度的多孔介质条件下复合腔体内部的流动和传热规律进行了数值模拟,分析多孔介质厚度对腔体内的自然对流和传热的影响。然后,对绝热上壁面和非绝热上壁面对复合腔体内部自然对流传热进行了模拟研究,分析了两种途径下复合腔体内部的温度场和流场。最后,研究了当夏季、冬季室外环境相差较大时,复合腔体内部空气的流动规律和温度分布,讨论了冬季取暖、夏季制冷时计算负荷依据的差异。分析数值模拟结果发现,高瑞利数(Ra=108、109、1010)流体同低瑞利数(Ra=104、105、106)一样,随着Ra的增大,自然对流传热作用增强,将Ra=106与Ra=1010比较发现,温度场和流场的分布差距较大,高瑞利数的腔体内温度分布均匀,流线分布更有规则,对流和传热作用也较显著。边界层明显变薄,多孔介质区域和流体区域交界面处的平均对流努塞尔数很好的佐证了这一点。壁面热辐射的存在减弱了自然对流作用,使近壁面边界层变厚,即使发射率很小,但表面发射率仍可明显改变温度场的分布。多孔介质区域与流体区域交界面处的平均对流努塞尔数随发射率增大而降低,平均辐射努塞尔数和总努塞尔数则随着发射率的增加而变大,且增长速率大于减小的速率。当多孔介质墙体厚度d≤0.25m时,Nuc随着厚度d的增加而不断变大,之后平均自然对流努塞尔数将不再跟着厚度的增加而变化。这意味着当多孔介质厚度达到一定值后,继续增加其厚度,传热量将不再减小。当复合腔体上壁面为非绝热时,涡核心区在腔体下部,上部流线分布不均匀,近壁面边界层变薄,腔体温度升高,但趋于不均匀分布。冬季与夏季因室外环境温度差异大,造成建筑室内环境的明显改变。冬季与夏季两侧壁面的高低温温度分布正好相反,因此腔体内流场的分布水平对称。相比于夏季,冬季的涡核心区位于流体区域下部,热量传递能力高于夏季,但冬季各处温差较大。两季节的多孔介质区域和流体区域之间都同样存在较大温度差。在实际运用中,壁面的热辐射对封闭腔体内部的自然对流、热质交换过程的影响是客观存在的,而且对于像谷物储存、建筑环境等工程应用的复合腔体中热传递问题大多是高Rayleigh数自然对流、传热传质过程,而国内外学者对此问题研究的较少。因此,对具有表面辐射的部分填充多孔介质的复合腔体内高瑞利数自然对流传热问题的研究还需不断探究,以便为实际工程应用提供理论基础。