现有的关于逆转捩问题的研究，大多仅局限于对于逆转捩现象的测量，以及如何实现逆转捩过程，尚无对于逆转捩发生的物理机制的系统研究。本文通过在板面朝下的平板边界层中形成稳定密度分层结构，对于逆转捩问题的物理机制进行了系统的实验研究。 实验通过对板面朝下的平板表面进行加热，在边界层中形成了稳定密度分层流动，速度剖面中对数律迅速消失并逐步向Blasius层流速度剖面转变，形状因子和表面摩擦系数向层流值过渡。实验结果表明，逆转捩过程在距离平板前缘400-1000mm范围内完成，有很强的局域性，不能简单以湍能平衡方程中的生成项、吸收项或耗散项构成的无量纲参数来界定。在逆转捩过程中边界层内层的湍能生成项变为负值，形成湍能集中吸收区；在距离平板前缘400-700mm范围内湍能的加速吸收率小于0，为湍能加速吸收区，使内层湍流90％以上的能量在此区域内被迅速吸收，成为层流流动；而外层湍流的涡扩散特性受到抑制在下游自然耗散，成为内外层处于非平衡状态的边界层流动，因而湍能的加速吸收率成为决定逆转捩的主要参数。 反映湍流标度律的相对标度指数的计算结果表明，在逆转捩过程的初期，整个边界层流动都处于湍流状态，速度结构函数满足扩展的自相似性；在逆转捩过程的后期，边界层内层的流动从湍流转变为层流，由于剪切作用产生湍能的机制消失，导致外层成为自由的湍流，湍流能量在下游自然耗散，因此在边界层内层湍流标度律不再适用，但在外层仍然存在扩展的自相似性。非线性动力学参数的计算表明，相关维数由逆转捩前的5.2降至逆转捩完成时的2.7，表明流动由涡特性向具有较强非线性波动特性的转化；而K熵则主要在逆转捩区后期锐减至0附近，表明非线性波动中湍流成分的迅速下降。在逆转捩不同流向区域中流动对扰动的响应反映了流场相干性和衰减性等物理特性的变化；在外界激励作用下流场逐步从以涡特性为主的平滑谱，到非线性波动时的宽带谱，直到线性T-S波时的线谱。 实验发现，在逆转捩过程中存在着二维的阻尼振荡系统，这种基于表面摩阻和浮力效应的二维流动机制有效地控制了来自上游湍流边界层中涡的三维随机运动，使得流动由三维随机性的涡运动向二维非线性波特性转化。 实验表明，在逆转捩区以后的流动中湍能平衡具有自相似性，壁面加热导致中性曲线的临界值大幅度向高雷诺数移动，逆转捩结束时的雷诺数Uδd/v远小于加热条件下边界层失稳的临界雷诺数，因此逆转捩后的层流边界层在相当大的范围内会继续保持稳定，而不会很快失稳发生二次转捩的现象。