全球气候变暖已经成为目前人类面临的最大环境问题之一。CO₂捕获与封存（CCS）可以有效的延缓气候变化问题,综合考虑时间尺度以及存储容量,咸水层封存是有效减排CO₂、缓解温室效应的首选技术。咸水层封存过程中,密度驱动的自然对流可加速CO₂在盐水中的溶解,减小溶解的时间尺度,增加CO₂在咸水层中的有效储存容量和长期封存安全性,对实际CO₂地质封存存储容量和安全性的准确评估是至关重要的。本文利用可视化对流混合实验系统,研究不同密度差流体对在Hele-Shaw盒子中以及四种非均质填砂中的对流混合过程。常温常压下Hele-Shaw盒子中不同密度差流体对的对流混合实验结果表明:随着密度差的增大,单位长度内的指头数量增加,指头的合并越快;初始时刻先减小随后趋于稳定,与瑞利数Ra的平方成反比;指头移动速度线性增加,与特征速度U成正比;舍伍德数Sh增大,与瑞利数满足幂律关系;对流混合时间先减小随后趋于稳定,与Ra成反比。常温常压下非均质多孔介质中的对流混合实验结果表明:同一种流体对,随着多孔介质渗透率的增大,对流混合初始时刻先减小随后趋于稳定,与Ra的平方成反比;初始指头波长先减小随后有趋于稳定的趋势,与Ra成反比;指头移动速度线性增加,与特征速度U成正比;舍伍德数增大,与瑞利数满足幂律关系;对流混合时间先减小随后有趋于稳定的趋势,与Ra成反比。同一种多孔介质中,随着密度差的增大,对流混合初始时刻减小,但减小的速率降低;初始指头波长减小,但减小的速率降低;指头移动速度增加;舍伍德数增大;对流混合时间减小。密度差/渗透率的增大,促进了对流混合的开始、指头的生长、质量的传递、对流混合过程的发展以及结束,但随着Ra的增大,这种促进作用是减弱的。此外,密度差的增大在一定程度上削弱了渗透率对对流混合初始时刻以及初始指头波长的影响。本文采用指头数量密度N、初始时刻t_onset、波长?、指头移动速度v、舍伍德数Sh、对流混合时间t_mix等参数定量分析了密度差与渗透率对对流混合初始时刻及其发展特性的影响,为CO₂地质封存中减少对流溶解时间的研究提供了新的思路和方法。