该文在1.5×0.3m和3.7×0.3m台架上进行了系统的实验研究工作.在稳定性实验研究中,于时均速度剖面最大速度点η=1.0位置和近壁强剪切层η=0.3位置处发现了分别对应于浮力不稳定性和粘性不稳定性的不稳定波的存在,实验分别研究了浮力不稳定性、粘性不稳定性和边界层外层拐点处(η=1.8)的无粘性不稳定性的基本特征.在热转捩实验研究中,在相当大的修正Grashof数范围内(G<1200)系统地测量了边界层时均速度、雷诺应力、湍能产生项和湍流热流率等重要参数的法向分布和流向演化规律.这些重要参数的分布和演化规律明显的体现了三种不稳定性对热转捩过程的影响,也揭示出了整个边界层的发展过程.在边界层失稳初期,温度和速度扰动分量的法向幅值分布出现了明显的三峰分布规律,三个峰值分别对应于三个不稳定性振型的临界层位置,并在流向演化中保持了很好的相似性分布特征,但随G值的增大,内、外层峰值都在衰减,而对应于浮力不稳定性的峰值则经历了相当长的增长期.浮力、无粘性、粘性不稳定性具有不同的物理产生机制,不同的特征频率,不同的临界层位置,它们在边界层内顺次失稳,并在不同的流域内占据主导地位.实验研究发现,三种不稳定性,尤其是近壁的粘性不稳定性,对自然对流边界层的时均速度剖面、雷诺应力、湍能产生项和湍流热流率的分布和演化规律有着重要的影响.在G~900处,时均速度剖面和雷诺应力的法向分布沿流向出现了很好的相似性分布特征,自然对流边界层进入了充分发展湍流阶段.