城市地下输电电缆在通过道路等特殊地段时,通常会将输电电缆搁置于泥土中的高强度圆形管道中进行保护。但当城市处于用电高峰时,电缆由于电流热效应处于过热状态,这种水平的同心圆筒结构有碍于电缆的散热,影响电力系统的正常运行。文章将电缆沿竖直方向开缝,以增强其自然对流传热,避免发生电路故障。现有的研究结论已经证明开缝结构可以明显增强圆筒内的换热量,但圆筒内的流动与换热随时间的变化会呈现出振荡、分岔等非线性特性。论文以三维的圆筒内开缝圆筒结构为研究模型,采用SIMPLE算法研究圆筒内开缝圆筒自然对流传热问题。采用文献中内置非对称热源圆筒内开缝圆筒实验参数,数值模拟了圆筒内自然对流换热的发展过程。而后,以热源对称和热源非对称为基础,获得了两种结构下流动与换热的稳态场和非稳态场,并对比了稳态和非稳态时两种不同结构下圆筒内自然对流换热的基本流型和传热过程。最后,数值研究了热源对称度和瑞利数对圆筒内开缝圆筒自然对流传热非线性特性的影响。当Ra=1.0×10~4时,获得了不同热源对称度下圆筒内自然对流传热的稳态场,γ=1.0时,圆筒内的温度场和流场沿圆筒竖直轴线对称,圆筒内的基本流型为对称二涡流型,温度场中各条等温线的位置和变化趋势固定,不随时间改变;γ=0.5时,圆筒内的流场和温度场向着高温热源的上方倾斜,流体的流动为非对称二涡流型,沿轴向方向为二维流动。当Ra=9.15×10~4时,数值与实验结果基本一致,圆筒内的运动状态为非稳态,流动为三维流动。但γ=0.483时,圆筒右上方区域的温度条纹随时间小幅振荡,其他区域温度条纹基本不随时间变化,圆筒内流动的混乱程度明显减弱。通过数值研究了热源对称度、瑞利数对圆筒内开缝圆筒自然对流换热非线性特性的影响,结果表明:在1.0×10~4≤Ra≤9.0×10~4条件下,当热源对称度一定时,圆筒内的振荡现象随着瑞利数的增大而增强,并获得了不同热源对程度下能使圆筒内自然对流由稳态发展为振荡的临界瑞利数的存在区间;当瑞利数一定时,圆筒内的振荡现象随着热源对称度的增大而增强。瑞利数和热源对称度的大小与圆筒内温度场的振荡强度具有正相关特性。对数值结果进行相空间特性分析,得到圆筒内的流动与换热在不同工况下存在稳态、周期性振荡、拟周期性振荡、非周期性振荡四种性质的解。在相空间中,稳态解表现为一个不动点;周期性振荡解表现为一条封闭曲线;拟周期性振荡解表现为一条封闭的二维环面;非周期性振荡解表现为复杂多变的轨线集合。