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孔明灯的工作原理主要是基于热气球原理，孔明灯通过燃料燃烧产生热量，使灯内空气受热膨胀，密度减小，从而产生浮力，使孔明灯上升，孔明灯内部热力环流的形成也是基于这一原理。
当孔明灯的燃料（如固体蜡）燃烧时，会产生大量的热空气，由于灯体内部空气受热膨胀，密度降低，会向上升起，冷空气会由底部进入孔明灯以替换热空气，这就形成了热力环流，这种热力环流带动孔明灯上升，直至达到一定高度，由于外部空气压力减小和温度降低，孔明灯内的热气逐渐散失，孔明灯便开始下降。
孔明灯的工作原理和内部热力环流的形成都是基于热空气上升的物理原理，这也是热气球等飞行器的基本原理之一。