流体管道输送系统对我国工业及民用基础建设和发展具有重要的意义。在管道系统设计和运行中更加关注节能和环保等问题。高分子聚合物添加剂具有显著的流体减阻效果,而纳米流体可提高能量传递速率,因此二者结合可有效实现降耗节能的目的。目前,对其研究主要集中在流动行为和能量传递性能等方面。而对此类非牛顿流体流变性能有待深入研究。本文采用实验的方法对非牛顿流体流变性能及能量传递性能展开研究,揭示其机理,并为流体管道输送系统和高效热质传递设备设计与运行提供依据。基于非牛顿流体力学理论,利用高精度旋转流变仪,对工程中常见的高分子聚合物羧甲基纤维素钠（CMC）、黄原胶（XG）、聚氧化乙烯（PEO）水溶液以及导热性能优异的多壁碳纳米管（MWCNT）、二氧化钛（TiO2）纳米流体进行流变特性测量,研究了剪切速率、流体浓度以及流体温度对非牛顿流体黏度以及其他流变行为的影响,并探究了它们的流动阻力、传质特性以及剪切降解性能。为了获得可再现、可靠的实验结果,在低浓度纳米流体的黏度和触变特性研究中,提出了一种改进的3ITT实验测试方法,有效地扩展了低剪切速率下的流变测试范围;在对水基MWCNT纳米流体的黏温特性研究中,通过加入制冷剂类物质的方法,有效可控地解决了高浓度纳米流体黏度滞后问题;传统黏度预测模型不能准确描述纳米流体的黏度特性,基于大量流变实验结果,回归出具有较高精度的纳米流体黏度预测模型,该模型耦合了流体浓度、温度和剪切速率三大影响因素;确定了纳米流体由牛顿流体转变为非牛顿流体的临界浓度,研究结果显示此临界浓度与温度无关。在考察高聚物流体的减阻及热质传递特性中,设计构建了一套完整的以波壁管为基本换热单元的流体流动及传质实验系统。在高聚物溶液的流变特性测量及总结分析的基础上,以添加了不同浓度的XG和CMC的溶液为工作流体,详细考察了定常流场和脉动流场下的减阻性能和质量传递性能;采用粒子图像测速（PIV）流场可视化技术手段,分析了波壁管的几何参数以及操作条件对传质性能的影响。通过实验发现,黏弹性流变行为更为突出的XG溶液表现出优越的减阻效果且存在最优减阻浓度;高聚物减阻剂溶液传质性能下降,脉动流场可以有效地强化流路内的热质传递性能,且存在一个最佳的脉动流场操作条件,同时波壁管波幅的增加有效的提高了流体的混合程度,促进了二次流的出现,传质效果得到明显改善。研究和分析MWCNT纳米流体对柔性高聚物PEO溶液剪切降解的影响。结果发现,PEO溶液在低温工况下无降解现象,而温度在25℃及以上时出现剪切降解问题;体积份额为0.0047%的MWCNT-水纳米流体的加入,提高了具有降解问题的高聚物PEO溶液的减阻性能及抗剪切能力。除此之外,高聚物基纳米流体的黏温流变特性显示此流体体系无黏度滞后现象,预示着它作为一种新型能量输运工质在高温热能等工程领域与产业中具有重要的应用价值。