为满足水下目标识别的需求,有必要对其产生的热对流的多物理场进行同步测量,从流动和传热两个角度对其演变规律进行分析,增强对于水下目标的识别能力。本研究基于激光诱导荧光技术（LIF）和粒子图像测速技术（PIV）,自行搭建建了对于温度场与速度场同步测量的实验系统。对自然对流与热射流两种工况进行了同步测量,分析讨论了其流动和换热规律,进而得出相关结论。本文主要完成了以下工作:1、同步测量系统构建。构建了温度场与速度场的同步测量系统,并完善了该系统的实验流程、辅助实验装置、实现同步测量的相关代码。2、测温实验中荧光素染料特性研究。针对激光诱导荧光技术,对其中所采用的KR/FL27和Rh B/FL27两种荧光素染料组合中各染料及其组合的温敏特性和光漂白特性进行了实验研究。确定了各染料及其组合的温敏特性、测温范围及其光漂白效应,并选取了本次实验研究中的最优荧光染料组合3、基于同步测量的自然对流的流动和换热特性研究。实现了板间自然对流中的同步测量,并利用数值模拟进行了验证;实现了协同角的测量,并讨论不同区域的换热性能;对二阶统计量进行了进一步分析,确定了动量传递和热量传递的空间分布特征,发现大尺度环流外环处的热量传递和动量传递具有明显的方向性,动量传递和热量传递的影响范围随空间位置变化呈现明显的变化。4、基于同步测量的热射流的流动和换热特性研究。本研究实现了对热射流中2D温度场与2D3C速度场的同步测量。对其流动及换热规律进行分析,讨论了不同参数对其的影响。结果表明:在热量传递方面,螺旋管能增强换热结构能量从低阶模态向高阶模态的迁移,而温差的加大使得换热结构在向下游运动的过程中进行更加激烈的融合。在动量传递方面,螺旋管进一步加强了低阶模态能量的向高阶模态的迁移,温差的增大能促使各动量传递结构之间的合并,并促使其更加有序化。