流体在多孔介质内的流动传热问题普遍存在于自然界和社会生产活动的各个领域,特别是多孔介质/流体腔体内自然对流换热问题,如建筑采暖通风工程、电子元件的散热、太阳能集热器、干燥过程、燃料电池、地热工程和冷冻冷藏制冷装置等,因此,对腔体内流动传热机理的研究具有重要科学意义和实用价值。本文从孔隙尺度出发,采用格子Boltzmann方法来计算多孔介质/流体腔体内的自然对流问题,结合计算机断层扫描技术构造真实多孔介质腔体,对真实多孔介质/流体腔体内自然对流传热现象进行研究。选取了分子筛、海绵、石膏和砖等多孔材料作为模拟样品,利用计算机断层扫描技术对多孔介质的内部结构进行扫描成像,采用MATLAB编程对扫描的图像进行滤波、锐化、二值化等处理,并构造真实多孔介质／流体腔体模型；然后将腔体模型处理成能导入格子Boltzmann模型进行模拟的数据文件,并把基于X-CT扫描技术构造的真实多孔介质/流体腔体与在格子Boltzmann模型中重构的模型进行对比,结果表明重构的模型是有效可行的。针对真实多孔介质/流体腔体模型的计算,建立真实多孔介质/流体腔体内自然对流的双分布热格子Boltzmann模型,对二维模型计算,采用D2Q9格子模型离散流场,用D2Q5模型离散温度场,而三维的模型计算,采用D3Q19格子模型离散流场,用D3Q7模型离散温度场,再通过热浮升力项将流动和传热有效耦合。通过建立固体区温度的平衡态分布函数和松弛时间来实现模型的流／固耦合,再对真实多孔介质/流体腔体模型进行了模拟分析,然后将计算的结果与多个文献解进行对比,同时把典型工况下的模拟结果与应用粒子图像测速技术所获得的实验数据进行对比,结果显示计算的结果与文献解和实验数据的吻合较好,验证了采用格子Boltzmann方法模拟该模型的有效性与正确性,为真实多孔介质/流体腔体内自然对流的介观机理研究奠定了基础。针对构造的真实多孔介质部分填充腔体,采用C++编程的格子Boltzmann方法介观模拟从孔隙尺度角度来研究多孔介质/流体复合腔体内自然对流问题,获取多孔介质腔体内流体流动传热的基本特征,分析多孔介质复合腔体内自然对流传热规律,探讨了各参数(多孔介质的厚度δ和高度Y,、截面孔隙率、Ra数、Pr数等)对腔体内流体流动传热的影响规律,探究了多孔介质层与流体区交界面处滑移效应的变化与影响,并探索了交界面滑移系数的变化规律。通过对多孔介质/流体封闭腔体内自然对流的研究,结果发现,Ra数对自然对流有着显著的作用,随Ra数的增大,流动与传热愈来剧烈和充分；Pr数对自然对流有重要的影响,随Pr数的增大,流动变得缓慢而传热愈来充分并趋于稳定；多孔介质厚度对自然对流有影响,流动与传热随之增大而减弱。多孔介质／流体复合腔体交界面速度滑移和应力跳跃系数随Ra发生缓慢减小的变化,随厚度影响较小,没有明显变化；在靠近上下壁面时变化明显,而在其他区域内基本保持不变。本文重点研究了参数(多孔介质的厚度和高度、截面孔隙率、Ra数、Pr数等)对多孔介质/流体腔体内自然对流和交界面处滑移效应的影响特性,得到了各参数影响的变化规律,为腔体内的自然对流奠定了基础。