水平温差引起的自然对流现象广泛存在于自然界中,为了研究这种复杂的自然现象,抽象简化出水平对流模型。水平对流模型的热源和冷源处于同一等势面。实验系统由热板提供恒定的热源,冷板提供恒定的冷源。热源附近流体被加热,流体上升,然后驱动水平对流系统内产生大尺度的环流。前人对水平对流的研究其Ra数范围均小于10¹²。为了研究较大Ra下水平对流的相关特性,本文在长宽比为10,长度为2 m的实验装置进行实验测量,Ra数范围在2.75×10¹²到1.25×10¹³。本文在较大Ra数条件下测量了水平对流系统中的整体传热和温度剖面结构。实验发现在不同Ra数下,冷源上方的温度剖面经过无量纲处理后具有自相似的特点,并且该温度结构形态可以用改进的Prandtl-Blasius模型进行描述。实验测量了热源上方的温度剖面,发现无量纲温度剖面随着Ra数的增加,从有低温区的空间结构逐渐转变为无低温区的空间结构。这种结构转变意味着系统内流动状态的变化。水平对流系统的传热同样存在状态转变,表征对流传热强度的无量纲准则数Nu数与Ra数的标度率逐渐从1/4转变为1/5,标度率的转变和理论预测一致。标度率的变化代表水平对流系统的传热效率发生改变。同时本文还利用椭圆模型,通过测量流场内温度值可以计算得到速度值。基于这种方法,本文得到了流场中的ReU和ReV,当Ra数小于10¹²时,Re与Ra标度率略高于2/5,当Ra数的逐渐增大,Re数与Ra之间的标度率变为2/5。这和理论预测结果一致。实验表明在较大的Ra数下,其流场温度结构和传热效率以及Re数与Ra的标度率均不再和较小Ra数下相同,水平对流流动状态发生改变。