混合对流的换热形式广泛存在于各工业领域,如核电站安全系统,太阳能利用,电子器件冷却等。换热效果的好坏直接影响设备是否能正常高效地工作。本文以AP1000安全壳外部冷却为研究背景,从实验和数值两个方面研究了矩形通道内混合对流问题。本文总结了国内外学者研究成果,发现对于矩形通道内耦合了热辐射的混合对流的相关研究比较少。本文建立了垂直矩形通道内混合对流的实验平台,获得了矩形通道壁面的温度与通道截面内温度场与速度场的实验数据。通过处理采集得到的实验数据,定性分析了浮升力与热辐射在混合对流中的影响。研究发现空气在垂直矩形管道中流动时,随着浮升力影响增大,传热出现恶化现象,当浮升力作用达到一定程度时,恶化现象减弱,换热效果好转;热辐射随着对流换热能力的减弱而增强,甚至在对流能力不强时,对热量的导出起主要作用。以实验工况为参考工况,确定数学模型的适用性,并在适用的数学模型的基础上模拟计算壁面黑度以及通道倾斜角度对于混合对流的影响。研究表明低Re数模型的模拟结果明显地优于标准k-ε模型,但是没有一个模型可以在整个计算区域得到很好的结果;加热表面的温度随着材料表面黑度的增大而减小,传热恶化情况也是随着黑度增大而减弱,辐射能量的比例随着黑度的增大而增大;随着倾斜角度的减小,加热壁面的对流换热能力是增大的,涡流现象明显加剧。