貝納德對流

當由底部加熱水平金屬板上的流體薄層時，開始只有微觀的熱傳導而宏觀上保持靜止.但當温度梯度超過某臨界值時，流體會突然出現宏觀可見的對流圖案結構.當上表面為自由時，從上向下可見其形狀為六角形格子;而上表面亦有平板約束時，從側面觀察則可見對流呈兩兩相背方向的旋轉捲筒狀. 這種現象稱為貝納德對流.

貝納德對流的失穩條件為瑞利數

達到某臨界值，其中g為重力加速度，β為流體體積膨脹係數，α為熱導率，v為運動粘性係數，L為流體層厚度，T_b-T_u為流體上下面温差值.

隨着瑞利數的增加，引力起主要作用。當臨界瑞利數為1708時，不穩定集起作用，對流原胞出現。 ^[1] 

貝納德對流是非平衡系統自組織或耗散結構現象的早期例子(參見 “耗散結構理論”).

在瑞利-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。對初態進行微觀層面上的擾動足以產生非決定性的宏觀效應。某個微觀擾動在宏觀上產生的效應是無法計算的，這也是複雜系統（complex system）的特徵之一（即蝴蝶效應）。如果進一步提升液體底部的温度，之前形成的湍流會變得混沌起來。

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；在某些實驗條件下，原胞也會出現正四稜柱或螺旋狀。

貝納德原胞常出現於由表面張力驅動的對流中。一般來説，瑞利和皮爾森的分析（線性理論）的解導致了簡併的出現。若考慮實際的系統，對流圖案則取決於系統邊界的形狀。

瑞利-貝納德對流的特徵可以通過法國物理學家亨利·貝納德在1900年完成的一個簡單實驗來觀察。

實驗利用了夾在兩層平行板之間的一層液體（例如水）。首先，令上下兩板的温度一致；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，稍稍升高底部的温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，線性的温度梯度被建立起來。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。