把金属或非金属纳米颗粒分散到水、乙二醇、油等基质溶剂中形成分散性好、稳定性高、导热性强的悬浮液，称为纳米流体。作为新兴的前沿学科领域，纳米流体是纳米技术在热能工程这一传统领域的创新性应用研究，由于其显著增强的导热性能而被视为“未来冷却剂”，其在能源、化工、汽车、建筑、微电子、信息、医疗等领域具有广阔的应用前景和潜在的经济价值。近年来，在研究纳米流体强化传热的同时，研究人员开始关注基于磁场、热泳、光泳操控微纳米流体的研究。本文主要围绕纳米流体的热物理特性，泳输运特性展开研究，主要考虑磁场效应，各向异性、尺寸效应、界面壳层、界面热阻等方面因素，对磁纳米流体的热物理特性，颗粒尺寸依赖的热泳特性、颗粒物性依赖的光泳特性进行了研究，主要工作如下：在磁场作用下，磁纳米流体具有各向异性、可调热物理特性，针对这一实验结论，我们建立了各向异性磁纳米流体热物理特性的研究模型。磁纳米流体既具有流体性质，又具有磁性材料性质，是一种特殊的新型功能材料，我们考虑几何各向异性和物理各向异性，采用自洽各向异性有效媒质理论来研究体系热导率的各向异性显著增强行为。几何各向异性源于磁纳米颗粒沿着磁场方向的聚集，物理各向异性源于有效媒质的各向异性。对于随机分布的球形磁纳米流体，在无磁场作用下，体系是各向同性的，我们采用Maxwell Garnett theory来研究体系的热导率；在磁场作用下，我们推广使用各向异性有效媒质公式预测体系的热导率。我们研究发现体系的有效热导率非单调依赖于外加磁场，沿着磁场方向和垂直磁场方向的有效热导率同时与实验结果符合得较好。在纳米流体中，纳米颗粒在温度梯度场作用下发生热泳运动。近年来，随着光学微操控技术的不断发展，研究人员开始致力于液体里颗粒热泳实验研究，利用热泳实现对纳米颗粒、DNA等热捕获。然而，在理论研究方面，液体里颗粒的热泳机理仍未完全得到理解。我们考虑界面纳米层和颗粒、基质分子之间的相互作用，研究纳米流体体系中的颗粒热泳特性。我们首先根据稳态热传输方程推导出悬浮梯度壳层纳米颗粒纳米流体体系温度场分布，然后根据Navier-Stokes方程确定了颗粒表面附近的流体速率场分布，进而得到颗粒热泳迁移率。我们发现纳米颗粒的热泳迁移率DT非单调依赖于颗粒半径rp，存在一个临界半径R0，当rp <R0，热泳迁移率随着颗粒半径增大而增大；当rp> R0时，热泳迁移率随着颗粒半径增加而减小；当颗粒半径足够大，热泳迁移率与颗粒大小无关，与已有的实验结论相吻合。同时，我们还研究了颗粒的热导率、体系的温度对颗粒热泳运动的影响，结果表明颗粒的热泳迁移率DT随着其热导率增大而减小，随体系温度升高而线性增大。光能够改变微小颗粒物体的运动，在光的照射下，流体中颗粒发生正光泳或负光泳运动。由于颗粒吸收入射光的不均匀、不对称而导致颗粒表面附近存在温度梯度，引起非对称的颗粒基质相互作用而形成驱动力，使颗粒发生光泳运动。通常情况下，光吸收集中在颗粒迎光一侧，则发生正光泳；光吸收集中在颗粒背光一侧，则发生负光泳。有研究表明，高吸收率颗粒发生正光泳运动，低吸收颗粒发生负光泳运动。实际上，颗粒光泳特性不仅跟颗粒吸收系数有关，与折射率的实部，入射光波长、颗粒基质的热物理特性、颗粒基质界面热阻等诸多因素有关。我们考虑界面热阻和颗粒相关物理特性，对流体中颗粒的光泳特性进行了研究。我们首先根据米散射理论确定了颗粒内部电磁场分布，然后通过求解稳态热传输方程得到微纳米流体体系温度场分布，并根据热泳机理分析，考虑slip-flow边界条件，通过求解Navier-Stokes方程确定了颗粒的光泳速率。我们讨论了颗粒光泳与界面热阻、颗粒尺寸参数、颗粒的折射率和热物理特性的关系，得到以下结论：通常情况下，颗粒在较大尺寸参数α，高吸收系数κ p，低折射率n p的条件下进行正光泳运动，相反情况下进行负光泳运动，同时我们也发现，低热导率、较小界面热阻的颗粒发生光泳运动更强。随着微操控技术的不断发展，光捕获或操控技术得到了迅猛的发展，基于光泳的光操控具有精确度高、操控力强、无需接触且无损伤等特点，其在医学、化学、物理、生物等诸多领域有着广泛的应用前景。我们关于颗粒光泳特性研究将为光捕获或光操控提供更可靠的理论依据。纳米流体作为20世纪90年代产生的新兴交叉学科，其热物理特性、泳输运特性的机理仍未有一个被广泛理解的统一的理论。在本论文中，我们研究磁控纳米流体热物理特性、颗粒尺寸依赖的热泳特性、颗粒光泳特性，将对纳米流体热磁效应、热泳效应、光热效应的研究及应用带来一定的学术价值，将进一步推动纳米材料科学的发展，为纳米材料在各行业领域的应用打下理论基础。