磁性纳米流体是磁性纳米颗粒稳定分散在非磁性基载液中形成的一种新型功能材料。由于其兼具超顺磁性和流动特性,在实现能量高效和可控传递领域极具发展潜力。磁场控制使磁性纳米流体用于不同类型的换热设备是目前研究的热点内容。但目前磁性纳米流体流-磁耦合作用下强化传热机理没有统一定论,恒定磁场作用下磁性纳米流体对流换热实验结果存在争议。为使磁性纳米流体更好的应用于不同类型的换热设备,本文采用Fe3O4/water磁性纳米流体开展恒定磁场下流动与换热特性实验研究,进一步分析磁场作用下强化传热的潜在驱动机制。本文采用“两步法”制备了 Fe3O4/water磁性纳米流体,通过目测法和透射比法相结合进行稳定性实验研究。分析了超声时长和表面活性剂对磁性纳米流体稳定性的影响。结果表明:制备时最佳超声时长为1h且阳离子表面活性剂十六烷基溴化铵(CTAB)与Fe3O4磁性颗粒适应性最好,最佳质量配比为1:1。采用瞬态热线法测量Fe3O4/water磁性纳米流体导热系数,实验结果表明:磁性纳米流体的导热系数随温度和颗粒浓度的增加而增加。在较高体积分数下,磁性纳米流体的导热系数随浓度呈现非线性变化,这个由于颗粒浓度升高更容易产生聚集沉降所导致的。本文实验研究了 Fe3O4/water磁性纳米流体在恒定磁场作用下管内层流对流传热和流动特性。在均匀热流边界条件下,施加恒定磁场进行管内层流对流传热实验,将实验结果与管内磁感应强度分布模拟相结合,分析磁场强度、磁场梯度和磁场布置方向等因素对局部努赛尔数及流动压降的影响。结果表明:提高磁场强度和磁场梯度可实现对流传热的显著提高。均匀磁场下,对流传热随着磁感应强度的增加而增加。Re=1080时,0.5vol%的Fe3O4/water磁性纳米流体在415gauss磁场下局部努赛尔数增加了 4.36%,在700gauss磁场下增强为7.19%。而在28.6gauss/mm的梯度磁场下提高了 32.0%。纳米颗粒因其受外磁场的影响,发生链状聚集是导致对流传热增强的主要原因。尤其在梯度磁场下,颗粒由于开尔文力的影响,向管壁聚集导致局部导热性能的增加和流动热边界层的扰动是其强化换热的主要原因。此外,磁场产生的流动扰动使压降增加,但相比传热强化效果而言,影响较弱。