高低温试验箱工作室内，试样与循环介质之间的热量交换并非发生在理想均匀流场中，而是受到热边界层发育状态的显著制约。热边界层作为紧贴试样表面的薄层流动区域，其厚度、速度分布与温度梯度共同决定了局部换热系数的大小与空间分布，这一物理认知对于解读高低温试验箱内试样的实际热履历具有基础性意义。
热边界层的形成源于流体黏性在固体表面的无滑移条件。当高低温试验箱内循环空气流经试样表面时，贴壁处气流速度降为零，远离表面处恢复为主流速度，速度梯度集中于边界层内。相应地，温度从试样表面温度渐变至主流温度，热阻主要集中于该薄层。根据边界层理论，层流边界层的换热系数与流速平方根成正比，与边界层厚度成反比；湍流边界层因内部涡团掺混增强，换热系数显著高于层流状态。高低温试验箱内循环风速的设定，直接决定了边界层的流态与换热强度，但风速过高亦可能引发试样振动或局部过冲，需在两者之间寻求平衡。
试样几何外形对热边界层演化具有决定性影响。平板状试样在高低温试验箱中形成较为规则的边界层，前缘处边界层较薄、换热系数最大，沿流动方向逐渐增厚、换热减弱；圆柱或球体等曲面外形则因流动分离与尾涡形成，使换热系数呈现周向与轴向的非均匀分布；具有凹槽、凸起或锐边的复杂外形，在高低温试验箱中产生边界层分离与再附着现象，分离点与再附着点处的局部换热系数可能出现数量级的跃变。若将外形差异显著的试样混置于同一试验批次，其实际受热历程的可比性将大打折扣。
温度水平本身通过物性参数变化反作用于热边界层特性。高低温试验箱在低温运行时，空气密度增大、动力黏度降低，雷诺数升高促使边界层提前转捩为湍流，换热增强；高温运行时则相反，层流边界层维持更长距离，换热相对减弱。同时，高温段辐射换热占比上升，使总换热量中辐射分量不可忽视，而辐射换热不受边界层流态制约，其空间分布取决于角系数与表面发射率。这一温度依赖性意味着高低温试验箱在宽温域试验中，试样表面综合换热系数的数值并非恒定，而是随温度历程动态变化。
工程实践中，降低热边界层效应引起的试验离散性需采取针对性措施。试样布置层面，应将主要换热面平行于气流方向，避免垂直迎流造成的前缘强化换热；试样间距需大于边界层尾迹恢复距离，防止上游试样的尾流干扰下游试样的边界层发育；对于必须采用复杂外形的试样，建议在关键位置布置独立温度传感器，获取局部热履历而非依赖箱体空气温度作为代表值。参数设定层面，升降温速率的选择应考虑试样特征尺寸与边界层热扩散时间的匹配关系，大厚度试样需降低速率以允许内部热传导跟上表面换热节奏。
高低温试验箱的气流组织优化是控制边界层效应的根本途径。采用多孔板整流使工作室入口气流均匀化，减少涡流与偏流对边界层的扰动；优化回风通道设计，降低工作室内的压力梯度与横向流动；在试样放置区域设置导流格栅，引导气流以设计角度掠过试样表面。这些结构改进使高低温试验箱内的流场趋于可控，热边界层的发育状态更为稳定与可预测。
热边界层效应的物理分析揭示了高低温试验箱内试样换热的空间非均匀性与时间动态性。将边界层理论融入试验设计与结果解读，有助于建立试样实际热履历与箱体设定参数之间的定量关联，从而提升高低温试验箱应用结果的工程可信度。
