作为一种特殊的液-固两相混合物,纳米流体因具有较高的热导率与换热性能而受到工程热物理领域的广泛关注。近年来,大量的研究结果表明,受制备工艺、环境以及测试技术等诸多因素的影响,纳米流体的制备方法至今还不成熟,实际工程应用中的纳米流体稳定性问题依然十分突出,成为制约纳米流体发展的主要障碍。此外,考虑到纳米颗粒的小尺寸特征,纳米流体内部的热、质输运机理极其复杂,使得热导率与粘度的变化规律难以采用传统的液-固两相输运理论直接进行有效描述,进而导致纳米流体的能量传递与流动特性目前尚未完全清楚。因此,进一步实验研究纳米流体的制备稳定性问题,探索不同因素影响下的纳米颗粒输运规律,完善纳米流体的热物性建模方法,揭示纳米流体的强化传热传质特性,具有较高的学术理论研究意义和重要的工程应用价值。本文以纳米流体在板翅式换热器中的应用为背景,在纳米流体的制备稳定性分析、热导率与粘度预测建模、强化锯齿翅片通道流动换热特性与评价等几个方面进行了相关研究,具体的工作如下:(1)采用“两步法”制备得到了A1203-H2O纳米流体,并对影响纳米流体稳定性的两种因素进行了对比分析。结果表明,超声处理与分散剂是提高纳米颗粒均匀性与纳米流体稳定性的重要因素,并且与超声处理相比,分散剂对纳米流体稳定性的影响更加明显。(2)实验研究了纳米颗粒体积分数、尺寸(超声处理)和温度对纳米流体热导率与粘度的影响规律,在此基础上提出了一种基于数据驱动的纳米流体热物性预测建模方法。研究发现,随着纳米颗粒体积分数的增加、纳米颗粒尺寸的减少(即超声处理时长的增加)以及温度的升高,纳米流体热导率与粘度的强化程度更加明显。此外,实例分析结果表明,在数据样本充足的条件下,采用RBF神经网络能够有效实现纳米流体热导率与粘度的数据驱动建模。(3)针对神经网络难以有效解决小样本条件下的纳米流体热物性预测问题,从纳米流体热导率与粘度的强化机理出发,兼顾不同因素的影响规律,结合实验数据修正,分别建立了纳米流体的热导率与粘度理论模型。实例验证结果显示,界面层与纳米颗粒布朗运动对纳米流体热导率的强化与粘度的升高有不同程度的影响,相比现有的理论模型而言,本文所提出的理论模型具有更好的预测精度与普适性能。(4)基于单相流方法数值模拟研究了水基纳米流体在锯齿翅片通道中的层流流动与换热特性,并对纳米颗粒属性的影响机理进行了分析,得到了纳米流体在锯齿翅片通道中的流动与换热特性关联式。数值研究发现,纳米颗粒的悬浮浓度、尺寸以及类型均是影响纳米流体强化锯齿翅片通道换热的重要因素,并且每一种因素的影响机理不同。在较低雷诺数条件下,添加体积分数较高与尺寸较小的A1203纳米颗粒更有利于改善纳米流体的换热性能,而考虑纳米流体的流动特性,发现纳米流体在低纳米颗粒体积分数、大纳米颗粒尺寸以及高热导率情况下的综合性能更好。(5)考虑纳米流体的换热强化与流动增阻问题,建立了适用于纳米流体单相强化锯齿翅片通道换热的综合性能评价准则,并采用单相法进行了数值验证。认为受纳米流体热物性参数的影响,传统的表面强化换热综合评价指标与准则假设并不完全适用于纳米流体,本文所建立的强化传热综合性能评价准则能够有效地反映纳米颗粒体积分数、直径以及类型对纳米流体综合性能的影响。综合考虑纳米颗粒体积分数和尺寸对流动与换热性能的影响时,悬浮少量、较大尺寸纳米颗粒的纳米流体具有更好的强化换热综合性能。并且在本文的研究范围内,纳米流体在相同泵功约束条件下的应用效果更加明显。