自然对流广泛应用于工程实际中,如电子设备散热、建筑工程、航天系统等领域。随着电子设备不断向多功能、微小体积方向发展,散热问题更加棘手,而自然对流换热以其低能耗、低噪音的优点,成为研究散热问题的主要热点方向。将电子设备散热问题简化为腔内具有内热源的换热问题,是学者们研究电子设备散热问题的主要方法。本文采用数值方法研究了热源几何形状、热源数量、热源位置、热源尺寸、腔体高宽比(H/W)、空气-壁面耦合辐射换热、热源发射率和温度以及三维结构对封闭腔内湍流自然对流的影响,分析了各因素对封闭腔内速度、温度、Nu数、湍流黏度、壁面剪切应力的影响,以期利用该规律为提高电子设备冷却效率提供一定的理论支撑。本文主要工作如下:(1)考虑热源几何形状、热源尺寸(r/H)、热源位置、热源数量、腔体高宽比(H/W)对腔体内湍流自然对流换热影响。结果表明:封闭腔内放置半圆形热源时,热壁面和冷壁面平均Nu数最大;热源尺寸(r/H)逐渐增大,热壁面平均Nu数逐渐降低,热源尺寸增加不利于热壁面与腔体内流体换热;热源位于腔体底部且靠近热壁面附近时,热壁面平均Nu数最低,为50.9;热源位于腔体顶部靠近冷壁面时,热壁面平均Nu数最高,为79.6,热源距离冷壁面越近有利于提高腔体内流体换热强度;热源数量增多,热壁面平均Nu数降低,减弱了腔体内流体换热效率;腔体尺寸(H/W)逐渐增大,热壁面平均Nu数先减小后增大,当腔体高宽比(H/W)=2时,热壁面和冷壁面平均Nu数最大,分别为82.2、-953.6。(2)考虑吸收性、发射性介质辐射换热时,分析了吸收系数和散射反照率对封闭腔内湍流参数的影响。结果表明:随着空气吸收系数增大,热壁面热流密度和速度减小,减弱了腔体内流体辐射换热;考虑各同性散射介质时,随着散射反照率增大,热壁面热流密度和速度减小,减弱了腔体内流体换热效率;纯自然对流与考虑壁面辐射相比,热壁面平均Nu数提高了73%,空气-壁面辐射耦合换热与壁面辐射相比,热壁面平均Nu数降低了20.5%,这是由于空气介质的吸收和散射作用减弱了腔内流体换热能力。(3)研究了不同热源温度和热源表面发射率对封闭腔内湍流自然对流的影响。结果表明:水平线上的水平速度随着热源温度的升高而增大,但热源温度对竖直速度影响很小。随着热源温度的升高,腔体热壁面的顶部区域局部剪应力逐渐增大。湍流黏度随着热源温度提高而变大;热壁面平均Nu数随着热源温度升高而减小;随着热源表面发射率增大,热壁面辐射热流密度减小,冷壁面热流密度逐渐增大,热壁面平均Nu数呈下降趋势,但冷壁面平均Nu数随热源壁面发射率增大而增大。?=0.1与?=0.9相比,热壁面平均Nu数减小了11.2%,冷壁面平均Nu数提高了9.6%。但热源表面发射率对水平线上的水平和竖直速度影响很小,从数据来看,速度随着发射率的增大而增大,?=0.1与?=0.9相比,速度提高了0.83%。(4)对内置热源的三维矩形腔体内耦合换热特性进行了数值研究。计算结果表明:三维条件下腔体热壁面局部Nu数比二维条件下要大。在冷壁面上,二维和三维条件下局部Nu数沿壁面高度方向逐渐减小,冷、热壁面以及热源表面计算结果与二维结果相比分别减小了35.4%、4.2%、50.9%;三维效应对于冷壁面局部剪切应力的影响很小。