自然对流换热现象广泛存在于自然界和各种工程问题中。Rayleigh-Bénard convection系统(RBC系统)是一个典型的自然对流传热模型。通过研究RBC系统内的传热机理有利于帮助人们解决工程和生活中的对流传热问题。学者们在光滑边界条件下的RBC系统中进行了整体传热分析和微观热耗散率的研究。且研究已经十分成熟。人们在粗糙边界条件下RBC系统中也进行了大量整体传热分析。但是,目前没有实验研究粗糙边界条件下的RBC系统中的微观传热原理。本文以粗糙面的金字塔高度为粗糙度,通过测量不同粗糙度下热耗散率的空间场来研究粗糙RBC系统的微观传热机制。本文的实验装置为竖直圆柱形RBC系统,流体介质为水,粗糙面为金字塔形,以金字塔高度作为粗糙度。本实验粗糙度分别为3 mm和6 mm。本文实验的控制参数分别为Pr=5.4、Ra=3.3×109～1.053×1010。通过测量不同粗糙度RBC系统中各组Ra数下的温度剖面,可以依次划分出温度边界层区、混合区和中央区。实验发现3 mm、6 mm粗糙度下边界层厚度λ与Ra数的关系式分别为λ=6543×Ra-0.36、λ=6410×Ra-0.36。实验发现相同Ra数下,粗糙度越大边界层厚度越薄。证明了相同Ra数下,粗糙度越大换热强度越大。在同一RBC系统中,Ra数越大边界层厚度λ越小。说明了Ra数越大,传热越强,边界层内热耗散率越大。经实验测量发现,在不同粗糙度RBC系统中,整体热耗散率、脉动热耗散率和平均热耗散率均随着高度的增加逐渐减小。在混合区和中央区脉动热耗散率明显大于平均热耗散率,且越靠近中央区二者数值越接近。这说明了越靠近中央区羽流强度越弱。实验发现在同一无量纲高度处,6 mm粗糙度RBC系统中的整体热耗散率与脉动热耗散率远大于3 mm粗糙度RBC系统中的数值。且3 mm粗糙度中的数值大于光滑条件下的。这是因为粗糙度增大会导致边界层厚度降低,从边界层脱离出来的羽流受到的扰动增大,脉动温度梯度增大,热耗散率也会相应地增强。在6 mm粗糙度RBC系统中心进行定点测量发现,在ε一定的条件下,温度脉动δT关于热耗散率ε的概率密度分布函数G(δT)图像是呈高斯分布的。说明基于光滑面RBC系统提出的数学模型同样适用于粗糙面RBC系统。