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随着时代发展,电子设备不断朝着小型化和集成化方向进展,随之,电子设备的散热问题成为影响其寿命的直接原因,是学者们关注的焦点,也是本文关注的问题。非线性科学是发展起来的新型交叉学科。非线性,是指两个变量间的数学关系,不是直线,而是曲线、曲面、或不确定的属性,是不成简单比例(即线性)关系的。它是自然界复杂性的典型性质之一,非线性更接近客观事物性质本身。因此,研究非线性现象的价值即为改变传统的认知,加深对自然界的认知。在现代的物质世界中,非线性现象无处不在,如气候的变化中会出现非线性现象,数学、物理、经济学、社会学、音乐等领域中也渗透着非线性。而在小型电子设备工作的时候,由发热单元产生的热量与周围温度形成的温差,导致设备内部空气的流动,也存在着非线性现象。本文以小型电子设备散热为应用背景,在自然对流的情况下,将电子设备模型抽象为带有不同类型热源的腔体,通过数值模拟和实验研究分析其内部存在的振荡及混沌等非线性特性及自然对流换热规律。本文首先采用FLUNT软件对底部加热无内热源的长方体腔,底部带有单热源和底部带有双热源的长方体腔内空气的自然对流换热问题进行了数值模拟。得到如下成果:随着Rayleigh数的增大,无内热源的长方体腔内的空气流动经历了稳定,单倍周期,拟周期,通过振荡最终到达混沌的流动状态;带有长度接近腔体长度单热源的腔内空气流动经历了稳定,单倍周期,拟周期,带有双热源的腔内空气流动状态始终为混沌状态,空气的流态与腔内换热强度有关;在分析热源数量对换热强度的影响中可知,腔内无内热源的腔顶平局Nusselt最高,其次是带有长热源的腔体,最后为带有双热源的腔体;腔内带有单热源时,换热强度随热源长度增加而增大,换热速率随长度增大而减慢;当腔内带有两个内热源,热源和上下壁面的温差恒定时,热源间的距离增大,换热强度先增大后减小,热源间的距离恒定时,随温差增大换热强度增大;通过数值模拟分析二维模型和三维模型腔顶平均Nusselt数大小可知,二维模型不可代替三维模型。其次,本文采用无接触激光干涉技术和烟可视化手段对上述模型进行实验分析。探讨了腔体尺寸、温差、热源间距离对涡卷初始态的影响并观察了涡卷的数量及形态,也分析了模拟中混沌出现的原因。本文从以上几个方面进行了研究,同时为小型电子设备散热提供了一定的理论参考价值。