纳米流体由于在强化传热和改善燃烧方面的突出表现而受到广泛关注，被认为是一种有可能改变未来全球能源格局的二次能源载体。为了从雾化角度揭示纳米流体发挥优异性能的内在机制，本文综合实验与理论分析，研究了纳米流体在亚音速横向气流中的初级破碎机制以及宏微观喷雾特性，重点讨论了添加纳米颗粒的附加效应。课题在纳米流体制备方法优化与物性表征的基础上，以横向射流实验系统的设计和搭建为支撑，结合图像灰度标准差统计处理和快速傅里叶变换(FFT)建立了射流特征分析程序。
　　首先，通过纳米流体圆柱射流在没有横向气流作用下的流动特性可视化实验研究，揭示了添加纳米颗粒对射流不稳定性的影响，绘制了附加效应分区模式图，并将其归因于粘性增强和空化促进两种机制。实验表明，纳米颗粒促进了喷嘴内外的流动空化现象，并且依据空化状态对射流不稳定性具有三种不同的附加效应:1)未发生内部空化时，纳米颗粒通过粘性增强表现为不稳定性降频效应;2）局部空化时，通过促进喷嘴内部空化表现为增频效应;3）达到超空化以后，纳米颗粒通过促进外部射流空化以及增加气动力等耦合作用，表现为不稳定增强效应。
　　然后，基于高速阴影图像统计处理，对纳米流体横向射流的基本形态、破碎模式、表面波长、不稳定性等初级破碎特征进行了总体论述，提出了低气体韦伯数(Weg)情况下纳米流体横向射流初级破碎原理图。综合考虑纳米颗粒溶剂化层效应以及浓度、粒度等基本属性，提出了一个新的颗粒相功率指数PV,并建立了表面波长经验模型。实验表明，添加低浓度纳米颗粒对横向射流破碎模式几乎没有影响;随着纳米氧化铝浓度增加，射流振荡幅度明显增大，表面波长相对减小，迎风侧表面波长与Weg和PV呈负指数关系。与基础流体相比，颗粒体积分数为0.51％时，Al2O3-H2O纳米流体的上表面波长最多缩短了18％。
　　最后，采用粒子图像测速仪(PⅣ)、激光粒度仪等对射流纵向穿透、横向扩散、柱断裂以及雾化粒度/速度分布等宏微观特性进行了测试分析，并建立了液柱断裂距离、雾滴索特平均直径等经验模型。实验结果表明，添加低浓度的纳米级颗粒对于低粘度流体横向射流轨迹几乎没有影响;当颗粒尺寸接近或达到亚微米以上时，初级破碎产生了较大液滴，射流在下游表现出更强的穿透能力。由于纳米颗粒促进了射流空化，纳米流体液柱炸裂频率明显升高;添加纳米级氧化铝使得射流下游区域的平均湍流强度整体降低，但射流轨迹附近剪切涡区域的平均湍流强度明显增大。液柱断裂横向距离Xb、近场雾滴平均直径均随着纳米氧化铝浓度的增加而减小，随着颗粒尺寸的增加而增大。在射流远场，纳米流体雾滴的粒径分布相对基础流体更加均匀集中，索特平均直径(SMD)与Weg、PV以及液气动量比q均呈负指数关系。