随着电子设备的迅猛发展,热交换设备的高传热负荷和传热强度成为了制约电子器件微型化、集成化的首要问题。纳米流体作为新型、高效、高传热性能的能量输运工质,可以有效提高工质的导热性能以及散热系统的换热性能。因此,通过对纳米流体热物性和强化传热技术的研究,不仅可以深入了解纳米流体在实际应用过程中的可行性,同时也有助于提高热交换设备的传热性能,具有很广阔的应用前景和巨大的潜在经济价值。本文采用两步法制备了不同种类和浓度的纳米流体,并分别采用实验和模拟的方法对其展开全面分析。首先,采用沉降法和吸光度法对纳米流体的稳定性进行测试,观察粒子随时间的沉降情况,并通过流体内粒子对入射光的吸收程度对其稳定性进行评价,分析超声波振荡、表面活性剂等因素对粒子悬浮程度的影响。其次,利用热物性分析仪测试纳米流体的导热系数,并将实验结果与去离子水的数据结果进行对比,分析基液、温度、粒子种类及浓度等因素对其导热性能的影响。最后,将纳米流体应用于矩形和扇形微通道散热器并建立固-液两相模型计算通道底面的温度分布,将数值模拟结果与实验结果进行对比,分析其流动与传热特性。此外,实验还利用红外热像仪拍摄了扇形微通道底面的温度分布情况,更加直观地反应出纳米流体对微通道散热器换热性能的改善情况。实验结果表明,超声波振荡具有空化作用,可以为纳米流体提供局部的高温高压环境,打破粒子团聚,但是时间过长会导致温度升高而引起颗粒聚集。不同表面活性剂对纳米流体的分散效果不同,且会影响基液的吸光度基准值,进而影响纳米流体的导热性能。因此,不能通过吸光度的绝对值来判断纳米流体的稳定程度,需要考虑在不同静置时间下粒子的沉降速率。乙二醇的添加可以增加基液粘度并降低颗粒沉降速率,但是也会导致换热工质导热系数值降低。相比于以去离子水作为基液时,添加乙二醇的纳米流体导热性能有所降低。由于不同种类的纳米粒子密度、比热等物性存在差异,在SiO2、TiO2、Al2O3三种纳米流体中,Al2O3纳米流体具有更加良好的导热性能。传统观念认为,纳米流体的导热系数会随着粒子尺寸的降低而增加,但是当粒子粒径小于50 nm时,粒径越小则布朗运动越剧烈,在团聚作用的影响下有可能会导致纳米流体导热系数随粒子粒径的降低而减小。此外,温度升高会促进粒子热运动且单位体积内粒子浓度越大,热量交换的几率也越大,纳米流体导热系数可以得到大幅提升。当温度过高或浓度过大时,表面活性剂的分散作用有可能失效,粒子会更快地聚集成大粒径的固体颗粒,导致纳米流体导热系数逐渐降低,但仍然会高于去离子水。相比于矩形微通道,扇形微通道内凹穴的存在引起了当量直径的周期性变化,有助于增加流动扰动。实验结果表明,纳米流体对微通道内的流动换热起到了显著的强化换热效果,但是纳米粒子的添加会大幅增加通道内的流体压降,增加摩擦阻力系数,提升系统泵功。利用两相模型可以模拟出纳米流体在微通道内的换热情况,计算结果与实验结果得到较好的吻合。利用红外热像仪拍摄了扇形微通道的底面温度分布,表明纳米流体有效改善了底面均温性,且粒子浓度越大,流动速率越快,越有助于提高微通道的换热性能,降低系统总热阻,强化微通道内的流动换热。