热量的传递过程已经渗透到人们的日常生活以及工业生产之中,随着节能减排的深入,人们在不断地研究新的换热系统以满足各种能量转换需求,纳米流体作为强化换热的重要技术近些年受到广泛关注。本文采用数值模拟的方法,以不同种类纳米流体在水平圆管和异形横纹管内的对流换热为对象,研究了纳米流体的热物性参数以及横纹管的结构对于纳米流体在管内对流换热的影响规律。本文从纳米流体的基础热物性参数入手,通过将纳米流体热导率实验数据整理与拟合,得到了铜水纳米流体热导率的计算模型,并进行了准确性与适用性的验证。在此基础上分析了单一均相流模型、两相混合模型以及DPM模型(离散模型)的准确性和适用性。研究发现,单一均相流模型操作简单,但计算结果偏差过大;DPM模型分析结果与实验结果十分吻合,但是该计算过程对于计算条件以及计算时间的要求很苛刻。因此本文充分考虑到了粒子相与基液两相之间的速度差以及相互作用,选择两相混合模型作为数值模拟的数学模型,并且所得到的计算结果在允许的误差范围以内。建立Cu-H20纳米流体以及Al2O3-H2O纳米流体在水平圆管内对流换热的数学模型并进行了三维数值模拟,分别研究了纳米流体的种类、纳米粒子的直径和粒子体积份额等三种因素对于纳米流体对流换热的影响规律。研究结果表明,在同等体积份额、相同粒子直径下的两种纳米流体的对流换热系数对比发现,Cu-H2O纳米流体的对流换热系数大于Al2O3-H2O纳米流体,主要原因为Cu纳米粒子的热导率大于Al2O3粒子热导率。对于同一种纳米流体,在相同体积份额下,随着纳米粒子直径的减小,纳米流体对流换热系数逐渐增大,这是由于相同体积份额下,纳米粒子直径越小,纳米粒子数量越多,比表面积越大,纳米粒子与基液之间的相互作用增强,使得换热得到强化;同样随着纳米粒子体积分数的逐渐增大,对流换热系数逐渐增大,换热得到强化。而且对于纳米流体的摩擦阻力系数的研究发现,纳米粒子的添加并不会大幅度增加纳米流体在流动过程中的阻力,这与实验结果一致。最后对于本章模拟数据的整理与拟合得到了纳米流体在圆管内对流换热的换热准则式,该准则式将纳米粒子种类、直径、体积分数和雷诺数等因素考虑在内,可以充分反映各个因素对于对流换热的影响。对Cu-H20纳米流体在横纹管内的对流换热与流动特性进行了数值模拟,讨论了纳米流体的参数以及横纹管结构参数对于流动换热的综合影响,并与纯水在横纹管内的对流换热进行对比。结果发现纳米流体在横纹管内的对流换热系数随着纳米粒子体积分数的增加和粒子直径的减小而逐渐增大,在本次模拟工况下,粒子直径为25nm,粒子体积分数为2.0%的Cu-H20纳米流体的对流换热系数比纯水增加了 80.2%。纳米流体与横纹管的复合换热效果比纳米流体在圆管有所增强,对于粒子体积分数为0.5%,粒子直径在25nm的Cu-H20纳米流体而言,1号、2号和3号横纹管内的对流换热系比圆管内大49.5%、40.0%和34.4%。随着节距的减小,可以不断的打断边界层的形成,同时凸肋越高,产生的射流和涡流越强,强化换热效果越好。考虑到纳米流体与横纹管复合换热的综合换热性能,通过对FTEf的计算,发现本文所选择的1#、3#和5#换热管的综合换热因子都大于1,最高可达到1.30,因此该复合换热具有更高的综合换热性能,可以满足目前愈发需求的强换热设备要求。