纳米流体具有良好的导热性能,在日常生活和工业中应用十分广泛。自从纳米流体的概念提出之后,国内外学者开始对其进行研究,研究内容基本包括:纳米流体稳定性、物性、传热特性、强化换热机理等各个方面。但是对于纳米流体自然对流的流动及换热研究还处在初级阶段,并且纳米流体自然对流与强制对流的研究结果具有很大差异,至今还没有一个确切理论能解释产生这种差异性结果的原因。本文应用FLUENT软件对矩形腔体内Rayleigh-Benard自然对流的流动及换热进行数值模拟研究。首先,在矩形腔体内充满流体,在不同瑞利数下形成稳定的对涡。用流函数等值线示意对流形成的过程,Rayleigh-Benard自然对流是重力、流体粘滞力、浮升力共同作用的结果;当矩形腔体中心点流体速度达到最大并且不随时间变化时,对流稳定,并且Rayleigh-Benard自然对流的旋涡流动是稳定的、自发的且旋涡流动方向按逆、顺时针交替出现。其次,采用多相流混合模型,对矩形腔体内的纳米流体进行模拟,模拟计算得到的Nuavg值与文献值、经验公式值进行对比,存在一定的误差,但其大小均在允许范围内。在一定范围内对模拟值进行拟合,拟合后的系数与经验公式的系数对比相差很小,证明了模型的正确性。最后,在验证模型的正确性之后,对矩形腔内纳米流体进行数值模拟。获得结果:纳米流体Rayleigh-Benard自然对流的形成过程Nuavg随时间的变化呈现出非线性性;Rayleigh-Benard自然对流中纳米流体与水传热的对比情况:在瑞利数小于6×106时,水的换热情况好于纳米流体,当瑞利数大于6×106时,纳米流体的换热情况好于水的;纳米粒子粒径越小换热效果越好;基液物性参数的综合比较是衡量换热效果的依据,与强制对流换热中只比较基液的导热系数有很大的区别;在自然对流和强制对流中添加金属粒子比添加金属氧化物粒子的换热效果要好。