热对流在自然界和工程应用中广泛存在。Rayleigh-Benard(RB)对流是研究热对流现象的经典理想模型。以往的研究表明,这个系统的传热性能主要由温度边界层控制,并且可以通过从边界层脱离生成的羽流进行调控。尽管人们通常认为改变Prandtl(Pr)数(表征工作流体物性的控制参数)会导致边界层特性发生显著变化,但关于RB系统在不同Pr数下温度边界层和羽流统计特性的研究还比较缺乏。为此,本文采用Pr数分别为11.7、20.5、49.3、81.6、145.7的二甲基硅油作为工作流体,对RB系统在不同Rayleigh(Ra)数(表征流场驱动强度)下的温度剖面开展了一系列实验工作。实验采用了高度分别为12.6 cm、25.2 cm、37.8 cm和50.4 cm的四个对流槽,但所有装置的几何比例保持不变(长高比Γx=1.0,宽高比Γ-=0.3),从而保证在不同Pr数的实验中Ra数均保持在1.93 × 109≤Ra≤1.73 × 1010范围内。本论文主要包括两个部分。在第一部分,我们通过温度剖面的测量获得相应的温度边界层厚度,并考察和总结了温度剖面的分布规律。我们发现,温度边界层随着Ra数的增加逐渐变薄,却几乎不受Pr数的影响,这与系统传热效率的规律一致。无量纲化的平均温度剖面可以用最新的温度边界层模型很好地描述,且模型拟合参数定量反映了随着Pr数增加,温度剖面和Plandtl-Blasius剖面之间的偏差逐渐减小,即湍流脉动减小。此外,我们还分析了平均温度剖面和均方根温度剖面在湍流混合区间的形态特征,并给出了相应特征的Ra-Pr相图。实验结果表明,在较大Ra数和较小Pr数下容易观测到对数律剖面。在第二部分,我们从不同动力学特征位置的温度时间序列中提取出羽流信息,并计算了相关统计量。我们发现,边界层内部仅存在羽流的生成和脱落,其总温度涨落和羽流所引起的温度涨落相近;而混合区由于受到多种动力学机制的影响,其温度涨落与羽流特性明显不同,但由湍流背景引起的温度涨落却表现出较为统一的规律。此外,我们还发现羽流的发射密度与大尺度环流存在某种程度的关联。这些结果充分说明,羽流行为并非导致温度剖面特征的决定因素。