纳米流体等离激元光热转化是国际前沿课题,也契合国家重大需求,例如纳米流体吸收太阳能实现光热转化在发电、海水淡化、污水处理等方面有巨大应用潜力。此外,在光流控等功能化应用方面,用光控制纳米流体运动有其独到优势,拥有很大的施展空间。纳米流体中的颗粒与入射光耦合发生局域等离激元效应（LSPR）实现光热转化,成为纳米尺度的移动热源。因此,纳米流体光热转化及相变传热中的核心科学问题是“纳米流体中时空分布变换的热源特性及流场、温度场等多物理场耦合协同效应”。围绕这一科学问题,本文从三个层面展开研究,分别是:1)从理论层面分析热源的产热特性;2)从实验层面研究了光照纳米流体液滴蒸发特性;3)在应用层面提出了纳米流体光热转化的功能化应用原理及方式。在光与纳米颗粒相互作用产热机理方面,基于麦克斯韦电磁理论,建立了完备的描述纳米颗粒簇与入射辐射相互作用的散射模型,以一维有序排列的纳米颗粒链为研究对象,探讨了颗粒链中颗粒-电磁场耦合以及能量输运过程,分析了颗粒数量、间距和尺寸对光热转化过程的影响。发现了随颗粒间距增大,颗粒产热量指数衰减的规律,揭示了颗粒数量增加、间距增大以及尺寸减小,颗粒链产热量分布的边界效应会减弱的机理,发现增大颗粒尺寸能有效增大吸收截面,吸收更多的入射光并转化为热能。该研究为接下来的实验和理论研究奠定了坚实的理论基础。在光与纳米颗粒相互作用产热机理的基础上,本文实验及理论研究了光照纳米流体液滴的蒸发过程,重点分析了纳米流体初始浓度对液滴蒸发动力学特性的影响,率先发现光照纳米流体液滴蒸发存在临界浓度现象:纳米流体初始浓度小于临界浓度,液滴蒸发速率随浓度增大而增大;而大于临界浓度,液滴蒸发速率不发生改变。为深入揭示临界浓度现象的机理,本文采用红外相机测量了液滴表面温度分布。根据液滴表面温度分布,将液滴划分为接触线区域（CLR）和主体区域（BVR）,发现了光照纳米流体液滴蒸发存在多尺度效应与边界层效应。根据电磁波波段,将入射光划分为可见光与红外光,发现液滴内不同区域对不同波段入射光能量的吸收存在多尺度匹配关系:可见光区能量主要由CLR吸收,而红外光区能量由BVR吸收,指出CLR中纳米颗粒堆积及相互遮挡是存在临界浓度的主要原因:超过临界浓度,只有上层颗粒能有效吸收可见光区能量产热,大量颗粒被掩埋成为无效颗粒。临界浓度现象可以指导纳米流体光热利用,即采用较低浓度的纳米流体实现较高效率的光热转化过程。同时,纳米流体液滴蒸干形成“咖啡环”也是一种制备微纳米材料的方法。此外,对非对称光照加热纳米流体液滴蒸发也进行了简要讨论,发现液滴表面温度分布、流场以及颗粒沉积均呈现非对称特性。光与物质表面相互作用时,光子动量变化引起光压。针对光压作用力太小,难以实际应用的瓶颈,本文首次提出“间接光压”的概念。间接光压来源于光照加热液体相变导致气液界面移动而引起的动量传递。为验证间接光压的正确性,本文从理论和实验两个层面着手研究。理论上,得到了间接光压的计算式,指出间接光压力Fm与入射光强的平方成正比,区别于经典光压的线性关系。针对纳米流体中的气泡,建立了气泡受力与其尺寸间的标度律,发现在一定半径范围内,间接光压力Fm会超过浮力Fb和拖曳力Fd。在此基础上,实验研究了脉冲激光控制的气泡运动过程,实验数据完全验证了理论分析结果。在一定气泡半径范围内,间接光压力Fm确实会大于浮力Fb和拖曳力Fd,把气泡限制在气液界面之下。由于激光脉冲ON和OFF周期性切换,纳米流体中的气泡会随之出现上下震荡运动。本研究加强了对纳米流体光热转化及相变传热机理的认识,同时发展了一种新的具有广阔应用前景的光流控手段,为光流控推广应用奠定了基础。在纳米流体光热转化的功能化应用方面,本文中制造并研究了受激光照射位置空间切换频率控制的气动活塞式执行器。由于金纳米流体高光热转化效率,执行器中的液柱能同时实现光-蒸汽转化和往复运动。为探究执行性工作特性,本文从理论和实验两个层面展开研究。理论上,把水蒸汽膨胀产生的压力比拟为弹簧的弹力,并引入劲度系数,得到了液柱的运动方程解析式。实验上,发现液柱运动振幅与频率存在指数关系la=a·fab,指出系数α与激光功率、液柱长度、纳米流体浓度等有关,而指数b只受纳米流体浓度影响,揭示出纳米流体浓度是影响执行器性能的关键因素。本研究为机械传动、信号控制等应用领域提供了一种实用可靠的执行器解决方案,拓宽了纳米流体光热转化应用范围。