为了实现温度场声学测量的可视化研究，在气体介质环境中，针对二维方形边界温度场分别从理论推导、计算机仿真重建、实际测量三个方面进行研究。依据温度场声学测温的基本原理，选择最小二乘法作为温度场反演重建算法，利用Matlab软件编写温度场反演重建程序，对模型温度场进行仿真重建。在此基础上，在实验室条件下，以一个2kW的电炉子模拟实际温度场的热源，选取边长为1.5m的方形边界区域作为温度场的待测区域，并将该区域划分为16个正方形的子温区，在温度场方形边界上均匀布置8个超声波传感器共产生24条相互独立的声学测温路径（声线），以信号发生器作为信号源，以数字示波器作为信号接收端，搭建二维方形边界温度场声学测量实验系统，在多路径声学测温循环控制系统的控制下，对温度场中24条声线上声波传播时间进行快速测量，将时间测量数据写入温度场重建程序，重建出温度场16个子温区的中心温度，利用Matlab软件对温度数据进行插值运算，绘制整个温度场三维显示图及等温线图，实现了温度场的可视化测量。同时，搭建一套温度场点测系统，与声学测温系统做对比分析。比较声学方法与点测方法的测量结果，对于无热源温度场，最大绝对误差2.03K，平均相对误差0.39%；对于单峰对称温度场，最大绝对误差5.84K，平均相对误差1.45%；对于单峰非对称温度场，最大绝对误差7.61K，平均相对误差1.54%。结果表明，在误差允许的范围内，两套测温系统的测量结果基本吻合，证明了实验室条件下搭建的二维方形边界温度场声学测量实验系统的合理性和可用性，为声学测温技术走向实际应用，迈出了较为坚实的一步。