纳米流体作为一种新型的传热介质,由于自身具有较高的导热系数,可应用于传热领域,逐渐展现出巨大的经济价值和广阔的市场应用前景。但是有关纳米流体自然对流和沸腾换热特性的研究较少,并且一些研究者们研究了纳米颗粒份额很大和很小时的自然对流和沸腾换热特性,得出结论:在很大份额时,纳米流体起到了弱化换热的作用,在很小份额时纳米流体强化了基液的自然对流或沸腾换热。鉴于此,在强化与弱化之间,需要对纳米流体的自然对流和沸腾换热进行进一步的研究。本文采用基于格子Boltzmann方法的数值模拟和实验研究两种方法对纳米流体的自然对流和沸腾换热特性进行了研究。　　运用所建立的单相格子Boltzmann模型对Al2O3-水纳米流体在腔体内的自然对流换热进行了模拟。研究了不同的纳米颗粒体积分数、不同的瑞利数、不同的腔体宽高比对Al2O3-水纳米流体自然对流换热特性的影响。结果显示,对于体积分数为0.01≤φ≤0.05的Al2O3-水纳米流体而言,在方腔内的自然对流换热,随着纳米颗粒体积分数的增加,纳米流体起到了弱化换热的作用,而在矩形方腔内,随着纳米颗粒体积分数的增加,纳米流体起到了强化换热的作用,并且腔体宽高比越小,强化换热作用越明显。　　运用建立的两相格子Boltzmann模型分别对方腔内和矩形腔内的Al2O3-水纳米流体的自然对流换热特性进行了模拟,分析了纳米颗粒份额、瑞利数、腔体的宽高比对自然对流换热特性的影响,研究了两相之间作用力的大小以及纳米颗粒在腔体内的分布情况。结果显示,对于左壁面加热、右壁面冷却的方腔内纳米流体的自然对流,在较低的纳米颗粒质量分数下纳米流体起到了强化换热的作用,而在较高的纳米颗粒质量分数下纳米流体起到了弱化换热的作用;对于左壁面加热、上壁面冷却的方腔和下壁面加热、左右两壁面冷却的矩形方腔内的纳米流体的自然对流,随着纳米颗粒份额的增大,纳米流体均起到了强化换热的作用;其中,外力(温差驱动力)的数量级最大,这对纳米颗粒的分布起到了很重要的影响。　　本文配制了不同份额的Al2O3-水纳米流体,测量了其导热系数和流变特性,搭建了自然对流换热实验台,通过对比去离子水的努塞尔特数的实验结果和相关文献水的努塞尔特数的结果,验证了实验台的可靠性。研究了Al2O3-水纳米流体在方腔内的自然对流特性,结果显示,在较低的纳米颗粒体积分数下(φ<0.005),随着纳米颗粒体积分数的增大,纳米流体起到了强化换热的作用,反而在较高的纳米颗粒体积分数下(φ>0.005),随着纳米颗粒份额的增加,纳米流体起到了弱化换热的作用,和模拟的结果是一致的。　　运用沸腾气泡运动的格子Boltzmann模型,模拟对比了去离子水和TiO2-水纳米流体沸腾气泡的聚并,研究了气泡界面厚度、气泡界面之间的距离、迁移率、放置方式和表面张力对气泡聚并的影响。结果显示,当气泡界面之间的距离大于2.17倍的气泡界面厚度时,气泡之间不会发生聚并,反之,则能发生聚并;迁移率越大,气泡聚并的速度越快;放置方式不会对聚并速度产生影响,但是会影响聚并过程中气泡的形状;表面张力越小,气泡聚并的速度越小,导致纳米流体中的沸腾气泡尺寸小于去离子水中的沸腾气泡尺寸。　　搭建了沸腾换热的实验台和沸腾换热气泡运动观测实验台。通过对比水的沸腾换热系数,验证了实验台的可靠性。研究了Al2O3-水纳米流体的沸腾换热特性,结果显示,在较低的纳米颗粒体积分数下(φ<0.005),随着纳米颗粒体积分数的增大,纳米流体起到了强化换热的作用,反而在较高的纳米颗粒体积分数下(φ>0.005),随着纳米颗粒份额的增加,纳米流体起到了弱化换热的作用。通过沸腾换热气泡运动观测的实验台,观察了气泡生长和脱离壁面的过程,对比观察了去离子水和TiO2-水纳米流体沸腾气泡的尺寸大小,发现TiO2-水纳米流体中的沸腾气泡尺寸小于去离子水中的沸腾气泡尺寸,与模拟结果符合较好。