热对流不仅广泛存在于自然界中,而且由于其优良的换热效果,在工业中也常常被应用于换热器和电子元件的冷却、晶体生长以及核反应堆设计等领域。Rayleigh-Bénard（RB）对流系统是从众多自然现象和工业实际中抽象出来的热对流物理模型。其中,Prandtl（Pr）数作为表征流体特性的系统控制参数,对RB对流有着非常重要的影响。然而,在以往的工作中,这方面的实验研究还比较缺乏。本文对Pr数如何影响RB对流中的羽流、大尺度环流以及它们的相关性质开展了实验研究。我们采用5种不同粘度的二甲基硅油（Pr=11.7、20.5、49.3、81.6、145.7）作为工作流体,并在4个尺寸不同、但几何比例一样（长高比Γ_x=1.0,宽高比Γ_y=0.3）的长方体对流槽中开展实验,从而保证在改变Pr数的同时,Rayleigh（Ra）数的变化范围保持不变。本论文的内容主要包括以下两个部分。在第一部分,我们使用标准的阴影流动显示技术,观测不同Pr数下RB对流中的羽流和大尺度环流结构,并利用光学流测速法对流场阴影图进行半定量分析。第一部分实验中的Ra数变化范围为2.4×10⁹≤Ra≤2.1×10¹⁰。我们发现,随着Pr数增大,羽流变得更加细长,且更倾向于聚集在靠近系统侧壁的区域;相应的,进入对流中央区的羽流变少。这使得流场内的羽流富集区变得更加集中,而湍流体区间的区域则变宽。另一方面,大尺度环流在变得更相干的同时,流动却变得更慢。这些变化,可以归结为随着Pr数增加,流体的粘性变大、热扩散变慢所致。由于羽流和大尺度环流是RB对流中的主要湍流结构,很大程度上决定了系统的动力学和输运特性。为此,我们在本论文的第二部分,对Pr数如何影响RB对流的湍流强度和热输运能力进行了研究。由于第二部分实验中需要更多数据点拟合曲线,故Ra数范围为4.1×10⁸≤Ra≤7.1×10¹⁰。我们主要测量了Reynolds（Re）数、传热效率Nusselt（Nu）数以及对流中央区和侧壁区的温度涨落（σ/?T）随Pr数和Ra数的标度律关系,相应的结果分别为:Re～Pr^-0.81±0.07Ra^0.57±0.01;中央区温度涨落（σ/?T）～Pr^-0.19±0.02Ra^{-0.280±0.003};侧壁区温度涨落（σ/?T）～Pr^0.10±0.03Ra^{-0.200±0.007};Nu～Pr^{-0.026±0.004}Ra^0.295±0.001。这些结果定量证明了随着Pr数增大,羽流更倾向于沿着系统侧壁运动而不是经过对流中央区,且大尺度环流的流动变慢。另一方面,尽管Re数、Nu数和前人在其他构型的对流系统获得的结果基本一致,但温度涨落却与现有文献报道和主流理论预测非常不同,表明对流槽的几何形状对系统的整体输运影响很小,却对局部特性影响很大,这需要在今后的理论模型中给予充分考虑。