大到围护结构的保温、核反应堆的热管理,小至室内烟雾的扩散、电子元器件的冷却,腔体内自然对流换热广泛存在于自然界及工业领域中。封闭腔内传热特性因为影响因素多、机理复杂,近年来受到越来越多研究者的关注。另一方面,超临界流体因其在临界点附近优越的热物性,近年来在传热领域得到了较为广泛的应用。目前,有不少研究者开展了封闭腔内超临界流体的自然对流研究,例如制冷系统中的跨临界循环、核反应堆的热交换等。与传统数值模拟方法相比,格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)以其物理意义明确、精度高等特点在近些年受到广泛应用。而格子Boltzmann方法应用到方腔内的超临界流体研究,无论从国外还是国内来说都很少见。因此,本文采用格子Boltzmann方法模拟封闭腔体内超临界流体自然对流的流动和传热,有望弥补本领域研究的不足。在对格子Boltzmann方法详细阐述的基础上,本文首先采用LBM模拟常压流体和超临界流体自然对流的流动和传热,验证了其有效性,对比分析了二者传热的不同之处,认为超临界流体的传热要优于常压流体;压力P和瑞利数Ra对超临界流体自然对流的流动与传热影响较大,得到了传热性能良好时的压力值;低温壁面处的流动与传热对超临界流体的自然对流影响显著。其次,考虑到倾角的变化会分散浮升力,进而会对传热机理产生影响,故基于LBM模拟了倾斜封闭腔内超临界流体的流动与传热,重点分析倾角、压力等因素对超临界流体自然对流传热的影响。分析发现倾角为30°时,倾斜封闭腔内超临界流体自然对流的传热效果最佳。拟合出了通用传热特征关联式,该关联式对倾斜封闭腔内超临界流体自然对流流动与传热的研究具有参考价值。再次,考虑到内热源的尺寸会影响流体的流动和传热,应用LBM模拟了含内热源的倾斜封闭腔内超临界流体的流动和传热,着重分析宽度比等因素对自然对流传热的影响。结果表明,宽度比的增大,虽限制了超临界流体流动的区域,但明显增强了流体在右侧低温壁面的换热。根据计算的Nusselt数,借助1st OPT等拟合软件拟合了Nusselt数与倾角、宽度比等影响因素的特征关联式。本文的研究结果可以为学者对超临界流体自然对流、方腔内流体的流动和换热等领域及相近研究领域的研究以及工程实践提供有益的参考。