瑞立-貝納德對流 （Rayleigh–Bénard convection ）泛指一類自然對流 ，這類對流常常發生在從底部加熱的一層流體表面上。發生對流的流體在表面形成的、具有規則形狀的對流單體 叫做貝納德原胞 （Bénard cell ）。因為在理論研究和實驗上並具可行性，瑞立-貝納德對流是被研究得最多的對流 現象之一[ 1] 自組織 的非線性系統 中被測試得最細的一個例子[ 2] 物理學 以及大氣科學 中被廣泛用於各種環流 和對流現象的研究中[ 3]
貝納德原胞 浮力 和重力 是形成瑞立-貝納德對流的主要原因。位於底部的液體因為受熱而密度較低，在其上浮過程中自發形成了規則的原胞圖案[ 4]
重力場中的對流原胞 瑞立-貝納德對流的特徵可以通過法國物理學家亨利·貝納德
實驗利用了夾在兩層平行板之間的一層液體（例如水 ）。首先，令上下兩板的溫度一致；夾在兩板之間的液體會趨向熱力學平衡 ；此平衡也是漸進穩定 的。接着，稍稍升高底部的溫度將導致熱量通過液體向上傳導；系統開始出現熱傳導 的結構，線性的溫度梯度被建立起來。此時，微觀的無序運動會自發地在宏觀尺度上變得有序，形成具有一定特徵相關長度的貝納德原胞。
瑞立-貝納德對流的電腦模擬 在瑞立-貝納德對流中，對流原胞的旋轉是穩定的，順時針和逆時針的方向交替出現：這是自發對稱破缺 的一個實例。貝納德原胞處於亞穩態，較小的擾動不會改變原胞的旋轉，而較大的則會有影響。這也是某種形式的遲滯現象 的表現。
另外在模擬的過程中也發現，微觀層面上具有決定性的定律，在宏觀層面上卻造成了非決定性的結果。對初態 複雜系統 （complex system）的特徵之一（即蝴蝶效應 ）。如果進一步提升液體底部的溫度，之前形成的亂流會變得混沌 起來。
對流的貝納德原胞趨向於形成規則的正六角稜柱，特別是在沒有過分擾動的情況下[ 5] [ 6] [ 7] [ 8]
變化多端的瑞立-貝納德對流 貝納德原胞常出現在由表面張力驅動的對流中。一般來說，瑞立和皮爾森的分析[ 9]
由於液體的上表面和下表面之間有密度梯度，重力會使較冷的、密度較大的液體向下運動，而此運動會受到液體粘性 阻尼 的阻擾。兩股作用力的平衡可以由一個無因次的參數（瑞立數 ）來表示。此處的瑞立數定義如下：
R
a
L
=
g
β
ν
α
(
T
b
−
T
u
)
L
3
{\displaystyle \mathrm {Ra} _{L}={\frac {g\beta }{\nu \alpha }}(T_{b}-T_{u})L^{3}}
其中
Tu 表示液體上表面的溫度；Tb 表示液體下表面的溫度；L 表示容器的高度；g 表示重力加速度 ；ν 表示黏度 ；α 表示熱擴散率 ；β 表示熱膨脹係數 。隨着瑞立數的增大，重力在系統中的影響越大。系統在臨界瑞立數1708[ 2]
在某穩定系統中通過對線性化的方程式進行微擾分析，可獲得某些邊界條件下的臨界瑞立數[ 10] 瑞立男爵 在1916年解出的情況[ 11] 27 ⁄4 4 ≈ 657.51[ 12] 剛性 的底部和自由的頂部邊界條件（對應着無蓋的水壺），則有臨界瑞立數 Ra = 1,100.65[ 13]
若液體上表面與空氣接觸，浮力和表面張力 也會參與對流圖案的形成。由於馬倫哥尼效應 ，液體趨向於流向表面張力較強的區域。升高溫度會降低液體的表面張力，導致液體從較熱的區域流向較冷的區域[ 14]
瑞立男爵 是最早對瑞立-貝納德對流進行成功的理論分析的科學家，他假設的邊界條件是：在上下表面邊界，流體速度在豎直方向上的分量為零，且沒有溫度干擾。這些假設令他的分析與亨利·貝納德的實驗相左。之後，皮爾森基於對表面張力的考慮，重新對貝納德的實驗進行了分析[ 9] [ 1] [ 2]
Getling, A. V. Rayleigh–Bénard Convection: Structures and Dynamics. World Scientific. 1998. ISBN 978-981-02-2657-2 Cerisier, P.; Porterie, B.; Kaiss, A.; Cordonnier, J. Transport and sedimentation of solid particles in Bénard hexagonal cells. The European Physical Journal E. 2005-09-27, 18 (1): 85–93. doi:10.1140/epje/i2005-10033-7 ECKERT, KERSTIN; BESTEHORN, MICHAEL; THESS, ANDRÉ. Square cells in surface-tension-driven Bénard convection: experiment and theory. Journal of Fluid Mechanics. 1998-02-10, 356 : 155–197. doi:10.1017/S0022112097007842 Pearson, J. R. A. On convection cells induced by surface tension. Journal of Fluid Mechanics. 2006-03-28, 4 (05): 489. doi:10.1017/S0022112058000616 Rayleigh, Lord. LIX. On convection currents in a horizontal layer of fluid, when the higher temperature is on the under side. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 2009-04-08, 32 (192): 529–546. doi:10.1080/14786441608635602 Sen, Asok K.; Davis, Stephen H. Steady thermocapillary flows in two-dimensional slots. Journal of Fluid Mechanics. 2006-04-20, 121 : 163. doi:10.1017/s0022112082001840
Subrahmanyan Chandrasekhar (1982). Hydrodynamic and Hydromagnetic Stability (Dover). ISBN 0-486-64071-X P.G. Drazin and W.H. Reid (2004). Hydrodynamic Stability, second edition (Cambridge University Press).
A.V. Getling (1998). Rayleigh-Bénard Convection: Structures and Dynamics (World Scientific). ISBN 9810226578
E.L. Koschmieder (1993). Bénard Cells and Taylor Vortices (Cambridge University Press). ISBN 0-521-40204-2
B. Saltzman (ed., 1962). Selected Papers on the Theory of Thermal Convection, with Special Application to the Earth's Planetary Atmosphere (Dover).
R. Kh. Zeytounian (2009). Convection in Fluids: A Rational Analysis and Asymptotic Modelling (Springer).
A. Getling, O. Brausch: Cellular flow patterns （頁面存檔備份 ，存於互聯網檔案館 ）K. Daniels, B. Plapp, W.Pesch, O. Brausch, E. Bodenschatz: Undulation Chaos in inclined Layer Convection Karen E. Daniel, Oliver Brausch, Werner Pesch, Eberhard Bodenschatz: Competition and bistability of ordered undulations and undulation chaos in inclined layer convection （頁面存檔備份 ，存於互聯網檔案館 ） (PDF; 608 kB)P. Subramanian, O. Brausch, E. Bodenschatz, K. Daniels, T.Schneider W. Pesch: Spatio-temporal Patterns in Inclined Layer Convection （頁面存檔備份 ，存於互聯網檔案館 ） (PDF; 5,3 MB) 
