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多孔介质与流体组成的复合区域内传热传质问题在自然和社会生产的各个领域中广泛存在,对腔体内传热传质机理的研究具有重要实用意义以及学术价值。本文从介观尺度出发,基于格子Boltzmann方法建立模拟二维多孔介质填充部分区域复合腔体内自然对流的数学模型,结合计算机断层扫描技术构造真实多孔介质复合腔体以及粒子图像测速技术实验测量流场,对复合腔体内自然对流的传热及流动现象进行了研究。选取断面尺寸分别为17mmx13mm、19mmx19mm、18mmx18mm的海绵、青砖、石膏样品,利用计算机断层扫描技术以0.1mm为断面间距分别对它们的内部断面进行扫描,并数字成像,重点关注了样品边缘处断面孔隙率的变化特性。利用Matlab编程手段对扫描数字图像进行二值化、滤波、锐化等处理,进而构造出真实多孔介质填充复合腔体模型。该腔体模型被处理成数据文件的形式导入建立的格子Boltzmann计算模型中进行模拟求解。采用二维正方形格子D2Q5模型离散温度场,D2Q9模型离散流场,建立方腔自然对流单松弛双分布热格子Boltzmann模型,通过热浮升力项将流动和传热有效耦合。调整温度场固体区域平衡态分布函数和松弛时间下实现模型的流固耦合,进而建立介观尺度下多孔介质填充部分区域复合腔体内自然对流的数学模型,并分别对纯流体方腔、充满多孔介质方腔以及多孔介质填充部分区域方腔内的自然对流进行了模拟分析。重点探讨了流体瑞利数以及多孔介质孔隙率、孔隙结构对多孔介质填充部分区域方腔内流动和传热的影响。模拟结果表明：流体瑞利数增大,复合腔体内速度峰值向左右两壁面移动,壁面附近温度梯度增大,腔体内换热强度也随之增强；多孔介质层孔隙率的增大同样导致左右壁面温度梯度增大,腔体内换热强度增强；孔隙结构不同导致多孔介质层连通性不同,进而出现多孔介质复合区域内整体流动强度以及速度出现峰值的位置不同的现象。在此基础上,本文讨论了多孔介质与流体空间交界面处应力滑移系数的变化规律。将典型工况下的数值模拟结果与采用粒子图像测速技术所获得的实验流场进行对比,结果表明同一工况下多孔介质与流体空间交界面处速度垂直分量、腔体X=0.5位置速度水平分量以及Y=0.68位置速度垂直方向分量吻合较好,印证了数值模拟的有效性与正确性。本文基于计算机断层扫描技术构造真实多孔介质填充部分区域复合腔体,并采用基于C++编程的格子Boltzmann方法模拟分析了流体瑞利数、多孔介质孔隙率、孔隙结构对多孔介质填充部分区域复合腔体内的流动及传热的影响,讨论了多孔介质与流体空间交界面处的应力滑移系数的变化规律,并与基于粒子图像测速技术的实验测量相互验证,为多孔介质填充部分区域复合腔体内自然对流的介观机理研究奠定了基础。