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对运行于高空稀薄大气中的航空飞行器来说,低温低气压对流换热是其重要的设计考虑点。随着机载电子设备系统不断发展,航空飞行器当中开始广泛使用大功率电子设备,其散热形式通常都采用自然对流,因此准确的自然对流换热系数对机载电子设备的热设计至关重要。另外,在地面进行的低气压高低温热环境模拟试验中,自然对流换热系数也是分析和研究温场的重要参数。目前进行相关热分析和设计当中一般采用实验关联式来确定自然对流换热系数,解决对流换热问题。文献调研表明,目前国内外对同时考虑低温、低压两类条件下的自然对流换热系数方面开展的研究工作较少,因此有必要在耦合低温低压两种条件对自然对流换热系数开展相关研究,以获得该条件下覆盖宽泛区间的准确自然对流换热系数,进而提出新的实验关联式。本文以水平圆管为研究对象,从实验和仿真两方面对低温低压条件下自然对流换热进行了研究,具体研究内容与结论如下:（1）设计并搭建了一套用于测量低温低压条件下水平圆管自然对流换热系数的实验装置。该装置采用G-M低温制冷机作为冷源,可控温区为-40℃至-100℃,自然对流发生于制冷机冷头上安装的密闭铜腔内,压力可控范围为绝对压力1kPa至100kPa,从而实现低温、低压的同时存在条件,并以水平圆管作为研究对象,以空气作为工质,利用该实验装置对在不同压力、温度工况下的自然对流换热过程进行了实验测量。（2）本文通过实验首先进行真空环境下的辐射标定,再根据各个工况下水平圆管自然对流时的稳定温度,并由此计算出其辐射及自然对流换热量,进而给出自然对流换热系数。通过无量纲化给出水平圆管自然对流的实验关联式=0.83569(60.23207,该关联式与实验数据吻合良好,且相应参考文献提供的数据相比偏差在±20%以内。（3）构建了水平圆管自然对流仿真模型,通过选择合适的流动模型和物性参数及其他计算设置,进行低温低压条件下的CFD数值模拟,获取了水平圆管自然对流时的稳定温度,并对其流场进行了分析。在此基础上对水平圆管的努塞尔数与瑞利数的关系进行研究,并与所测实验数据对比,结果表明仿真计算与实验数据吻合良好,验证了该仿真模型有较好的准确性和可用性。通过以上三个方面的研究,得到了测量精度较高的自然对流换热系数测量实验装置和计算流体动力学仿真模型及方法,对低温低压条件下水平圆管自然对流换热系数提供较为准确的实验数据及实验关联式,为低温低压领域特别是相关航空器热设计的工程应用提供帮助。