将纳米粒子添加到冷冻机油中,采用一定的工艺可制备稳定性良好的纳米冷冻机油。纳米冷冻机油在蒸气压缩式制冷系统中的应用是降低制冷设备能耗的一种创新性研究手段。纳米粒子的添加,可以改善冷冻机油性能,尤其是摩擦和传热性能,有望同时实现制冷压缩机和换热器的性能优化。而这方面的研究目前尚处于起步阶段,因此有必要开展纳米冷冻机油在制冷系统中应用的基础研究。本文的主要工作为通过实验的手段,围绕分散稳定性良好的纳米冷冻机油的制备研究,纳米冷冻机油的热物性研究,含纳米油制冷剂的流动沸腾换热特性研究,以及纳米冷冻机油在冰箱系统中的应用研究等四个方面,逐步深入地探索纳米冷冻机油在制冷系统中的作用机制。在纳米冷冻机油的制备研究方面,本文首先采用沉降观测法优选了纳米粒子和表面活性剂,并且引入了湿法改性工艺和1,3-偶极环加成反应等方法对纳米粒子进行表面改性。然后通过分光光度计法、动态光散射法、傅里叶变换红外光谱分析法和质谱分析法等,系统全面的对纳米冷冻机油的分散稳定性进行了实验研究,分析纳米粒子的分散稳定机理。最终制备了以硅烷偶联剂KH570改性的纳米石墨冷冻机油,含全氟辛基链的纳米富勒烯冷冻机油,和以聚乙烯吡咯烷酮PVP改性的金属氧化物纳米冷冻机油,这些冷冻机油均可以长期稳定分散。同时指出空间位阻机制是纳米冷冻机油体系稳定的主要机理。在纳米冷冻机油的热物性研究方面,本文采用振荡管密度计法,旋转黏度计法,瞬变平面热源法测量了不同含量的纳米冷冻机油的密度、黏度和热导率,研究了不同形态的纳米粒子带来的影响,并且分析了影响机理。基于纳米粒子的浓度、粒径和形态开发了关于纳米冷冻机油密度、黏度和热导率的预测关联式,并且进行了验证。结果表明:纳米冷冻机油的密度、黏度和热导率均随着纳米粒子浓度的升高而增大;其中相同浓度下添加片状石墨的纳米冷冻机油密度大于粒状,添加粒状石墨的纳米冷冻机油黏度大于片状;相同浓度下热导率随着颗粒粒径的增大而减小,而相同粒径下又随着颗粒材质热导率的提高而增大;开发的预测关联式,其计算值与实验数据吻合良好。在纳米冷冻机油/制冷剂混合物管内流动沸腾换热特性和压降特性的研究方面,本文设计和搭建了测试试验台,测试了纳米冷冻机油/制冷剂混合物管内流动沸腾换热系数和摩擦压降,提出了基于纳米粒子的浓度以及纳米冷冻机油物性参数的可定量描述纳米冷冻机油/制冷剂混合物流动沸腾换热系数的计算关联式。结果表明:添加纳米粒子后,混合物在管内的流动沸腾换热系数和摩擦压降明显增大,且随着纳米粒子浓度的升高而增大,随着干度的升高强化程度先增大后减小,随着质流密度的升高增大的程度有所降低;在实验工况下,添加0.2wt%纳米冷冻机油的混合物流动沸腾换热系数最大可提高19%,而摩擦压降最大提高36.6%;纳米粒子的添加对含油制冷剂管内流动沸腾换热和摩擦压降影响的机理可以从混合物热物理特性、沸腾换热特性和加热表面变化等三个方面进行解释;实验关联式的计算值与实验数据吻合良好。在纳米冷冻机油应用于冰箱系统的研究方面,本文选取了两台家用冰箱(海尔BCD-206TAS),并进行了适当的改建和测点布置,通过冰箱性能测试系统对采用不同浓度(0-0.5wt%)纳米冷冻机油的冰箱性能进行了全面的测试与分析。结果表明:采用纳米石墨冷冻机油后,冰箱冷藏室和冷冻室温度的冷却速度明显加快,压缩机吸排气压力有所降低,冷藏、冷冻温度和冷冻能力等参数均得到一定改善;节能率随纳米石墨粒子的浓度先增大后减小,当浓度为0.1wt%时,冰箱的耗电量最高降低4.55%;采用纳米富勒烯冷冻机油的冰箱的效果更佳,当浓度为0.1wt%时,冰箱的耗电量最大降低6.1%;纳米粒子的引入可在优化冷冻机油抗磨减摩性能,强化含油制冷剂的沸腾换热性能以及改变制冷循环工况,这些均有利于冰箱系统的稳定运行,和耗电量的降低。