Rayleigh-Bénard对流(RBC)是最典型的热对流模型之一。在自然和大量的工程应用中RBC是一个重要的传热和传质机制,近年来RB对流问题受到了国内外的广泛关注。同时,自从Toms发现向流动工质中添加长链高聚物后可显著地降低流动阻力以来,粘弹性流体便以其独特的减阻特性吸引了海内外各界学者关注,且越来越多的学者开始对其进行了深入的研究,并发现了它有很多异于牛顿流体的性质,如粘弹性、应力延迟、摩擦阻力降低特性以及剪切稀变等。鉴于粘弹性流体工质的特殊性,粘弹性流体发生RB湍流热对流是否会出现一些特殊的流动和传热现象?本文从这一问题出发,运用直接数值模拟(DNS)技术对无限大平板内的粘弹性流体RB热对流进行数值研究。本文基于有限差分方法并结合Giesekus本构方程模型,得到了三维非定常粘弹性流体在无限大平板内的进行RB热对流的三维数值解。然后,对不同流体在软湍流区发生RB热对流的流动和换热问题进行了研究分析。首先,基于DNS数据库,通过对比牛顿流体和粘弹性流体的无量纲瞬时速度场以及温度场随时间的演变曲线,得到了粘弹性添加剂对RB湍流热对流流动特性的影响,即流动延迟现象。其次,研究了粘弹性添加剂对RB湍流热对流传热的影响,得到换热加强的结论。从统计学的角度研究了不同参数(瑞利数Ra和韦森贝格数Wi)对粘弹性流体RB热对流的影响,发现随着Ra数以及Wi的增加,换热增强。最后,通过设定合理的温度阈值,将牛顿流体和粘弹性流体RB湍流热对流中的相干结构成功地从流动背景环境中提取出来,并发现粘弹性添加剂的加入加强了温度边界层的不稳定性,促进了羽流的喷发,进而导致传热增强。