本文通过可视化实验观察和实验数据分析,对密度锁的机理进行了研究。在密度锁中放入栅格进行实验研究,通过调节扰动的大小、温差以及改变启动方式来研究各种因素对密度锁的影响,进而对密度锁的机理进行分析。研究结果表明:在竖直通道中,冷热流体在密度锁内形成的密度分层能抑制热量向下传递;小扰动下可以形成分层,但当扰动达到某个临界值时,分层将无法形成;温差的增加将会导致分层界面下移,但由于温度梯度变大,抗扰动能力增强;放入栅格能使分层更加稳定;先形成温差再引入扰动的启动方式形成的分层更稳定。论文还对密度锁分层形成过程进行了详细分析,并把过渡区内的分层分为三种:强分层、弱分层和无分层。弱分层虽然也能抑制传热传质,但不稳定、容易被破坏。研究发现栅格内会发生振荡现象,当振荡超出密度锁时,分层被破坏。在实验研究和分析的基础上,提出了密度锁设计思路,并以此为依据,设计三套密度锁方案。