纳米流体是指以一定的方式和比例,在液体介质中添加纳米级的金属或非金属粒子形成的一类新型传热工质。其在许多领域,如能源、化工、电力、微电子等,具有诱人的应用前景。本文从ZrO₂/水、CaCO₃/水纳米流体的制备及其稳定性、输运参数、管内流动与传热特性的实验研究与数值模拟等几个方面研究了纳米流体强化传热的机理和性能,为后续应用奠定了基础。采用两步法制备了不同百分比浓度的ZrO₂/水、CaCO₃/水纳米流体,并采用添加分散剂、超声振动和调节pH值等方法,制备得到悬浮稳定的纳米流体。同时分析了纳米流体的稳定性不仅与纳米粒子和基液的性质有关,还与纳米颗粒间的相互作用力有着密切的联系。采用落球粘度计测量了不同配比的ZrO₂/水、CaCO₃/水纳米流体的粘度,并将实验测量结果与固液悬浮液传统公式进行比较。实验结果表明,纳米粒子的加入改变了纳米流体的粘度,纳米粒子的种类、尺度、形状以及体积份额都是影响纳米流体粘度的因素。并从布朗运动与微对流、固液界面的液膜层以及颗粒团聚三个方面,分析了纳米流体强化导热性能的机理。测试了不同粒子浓度的ZrO₂/水、CaCO₃/水纳米流体在Re=3000¹7000范围内的对流换热系数。实验结果表明,在液体中添加纳米粒子增大了液体的管内对流换热系数,增加了液体的传热效果。同时,粒子浓度、粒子种类、流体的流动状态是影响纳米流体强化对流换热的重要因素。本文采用两相流混合模型模拟了纳米流体管内流动与换热情况。从温度场、速度场、湍流强度以及Nu等方面分析了纳米流体管内强化传热的规律。由模拟结果可看出,在实验管道的入口处纳米流体的对流换系数提高地较为明显。并从颗粒浓度、颗粒粒径和颗粒运动三方面,对纳米流体强化对流换热机理进行了探讨。