纳米流体是指以一定比例,在液体中添加纳米级金属、金属氧化物或非金属颗粒形成的一类新型传热冷却介质。纳米流体较传统的冷却介质具有以下优势：1)纳米流体对流换热系数的增加,不以流动阻力的增加为代价；2)纳米流体中颗粒的尺度为纳米量级,其行为接近于液体分子,不会像毫米或微米级颗粒,易产生摩擦或堵塞的不良结果；3)纳米流体的传热效果与纳米颗粒的成份、比例、形状等因素有关,可根据传热量需求,合理的设计传热过程。由此可见,纳米流体作为新型传热冷却介质,在强化传热领域有着广泛应用前景。已有的研究结果表明,纳米流体强化传热的物理机制主要有两方面：一是纳米流体的导热系数显著高于基础流体；二是纳米颗粒在基础流体中的微运动,强化了基础流体的动量传递。人们对纳米流体导热系数已开展了大量的理论和实验研究工作,并证实了导热系数增加的物理机制。然而关于纳米颗粒对基础流体动量传递特性的影响则少见报道。为此,本文着重开展了这方面的研究工作。本文采用实验研究方法,开展了纳米流体的热量与动量传递特性研究,主要研究内容如下：一、纳米流体的制备。采用“两步法”配制出实验所需纳米流体,并对配制的纳米流体开展透射电镜和悬浮稳定性实验,发现纳米流体的分散性和悬浮稳定性均较好,为接下来的研究打下基础。二、纳米流体输运参数的测定。为全面掌握纳米流体的基本性质,对纳米流体输运参数(导热系数、粘度、比热)进行测量,发现体积浓度、粒径和颗粒形状对纳米流体导热系数、粘度和比热有较大影响。三、纳米流体的流动和传热特性的实验研究。搭建流动与传热特性实验台,测量纳米流体的阻力和传热系数。发现纳米流体对流换热系数的增加,不以阻力的增加为代价；导热系数增大对对流换热系数贡献比例较小；纳米颗粒的体积浓度、直径和形状均对对流换热系数有较大影响；单相流传热特性关联式已不适用于纳米流体,从而建立了纳米流体对流换热准则关联式。对上述研究结果进行分析,发现纳米颗粒对基础流体动量传递的强化,是增大对流换热系数的主要原因。四、纳米流体的流动可视化与动量传递特性的实验研究。搭建纳米流体流动可视化实验台。为了便于流场观测,用有机玻璃制成的波壁管作为实验段,进行了流动可视化实验,直观的考察了纳米流体与基础流体的流场差异：采用得失电子的电化学方法,测量了纳米流体的质量传递系数,以此定量的研究纳米流体动量传递特性。实验结果表明：在相同Re下,纳米流体的流场紊乱度高于基础流体,其质量传递系数也显著高于基础流体。在上述实验研究基础上,结合已有的分子动力学和CFD研究结果,对纳米颗粒强化基础流体动量传递进行了理论分析,进一步验证了动量传递的增强是强化传热的主要原因。五、纳米流体复合强化动量与热量传递特性的实验研究。由于输运参数的改变对纳米流体动量和热量传递系数提升有限,故采用继续增加扰动的方式,进一步增强纳米流体的动量传递。本研究通过改变管型(变化波壁管的波幅)、外加脉动流场(入口前添加平行于流动方向的脉动)和施加往复运动(施加垂直于流动方向往复运动)的方式,来进一步增加基础流体的紊乱度,以达到继续强化热质传递的目的。研究发现,1)波壁管波幅对纳米流体的质量传递和流动特性有重要影响。2)脉动流场下纳米流体的最优强化系数由雷诺数、振动分率和斯德鲁哈尔数共同决定。3)往复运动频率、往复运动角度和充液率对纳米流体的热量传递特性有重要影响。4)在外加扰动下,管内的流动更加紊乱。质量传递特性与可视化的研究结果一致表明,外加扰动进一步增强了纳米流体的动量传递,从而更有利于热质传递。