热对流是一种广泛存在的物理现象,Rayleigh-Benard (RB)对流系统是从众多热对流现象中抽象出来研究热对流问题的一个经典流体力学模型。在自然界和实际工程中,很多情况下的热对流流动都不是受到均匀热驱动的,非均匀的热驱动方式会给对流系统带来很多新的动力学特性,越多越多的研究学者开始着手于非均匀的加热对RB对流系统的流场结构特性和传热效率的影响,期望对RB对流问题有新的理解和认识,更一进步地理解认识自然和指导工程实践。本文采用大涡模拟的数值计算方法和Hilbert-Huang变换分析方法,分别对对流槽底部均匀加热和线性非均匀加热的工况进行了计算,对非均匀加热对RB对流的系统传热效率和流场结构特性的影响进行了分析。论文的主要研究成果如下:(1)无论是在均匀加热情况下还是非均匀加热情况下,RB对流壁面平均Nu数均伴随着Ra数的增大而增大。在较低Ra数时,三组非均匀加热条件下系统的平均Nu数显著提升;Ra数超过某个临界值时,Nu数的增幅出现下滑趋势;当Ra数超过一定范围时,非均匀加热条件下的Nu数反而比均匀加热条件下的Nu数要小。所以在一定Ra数范围内,我们适当地改变底部加热的方式可以达到提高或者抑制系统传热效率的目的。(2)非均匀加热条件下,流场的结构特性与均匀加热条件下发生了明显的变化,具体表现在:温度场由竖直方向的温度分层变为了水平方向的温度分层;速度场由两个大尺度的环流演变成了一个更大尺度的环流,并且我们推断非均匀加热条件下水平方向的流动的加强,一定程度上抑制了热量的传递。(3)通过HHT分析方法对RB对流时间序列数据进行了尺度分析和频谱分析。我们发现RB对流信号是典型的非平稳、多尺度结构信号。RB对流的各阶模态中小尺度有着更强的间歇性;除了少部分模态上是服从高斯分布之外,在大部分模态上都是偏离高斯分布的。从Hilbert谱图中可以发现频率主要集中在低频部分,Hilbert边际谱比傅里叶能谱更加真实的反映了 RB对流中频率和能量间的关系。