21世纪以来社会对能源的需求快速增长,因此世界各国一直将解决能源问题作为当务之急。高效热能转换系统的关键之一,是开发与换热需求相匹配的先进功能传热工质。磁性纳米颗粒悬浮液作为一种典型的传热工质,兼具固体磁性与液体流动性,具有重要的学术价值和应用前景,而磁性纳米颗粒悬浮液应用的前提是对其热输运特性进行有效调控。因此,本文以磁性纳米颗粒悬浮液为研究对象,调控其磁学特性、光学特性及热物理性质,开展磁性纳米颗粒悬浮液热输运特性调控及应用研究。基于不同方法制备Fe3O4、Fe3O4@CNT和Fe3O4@Ti O2纳米颗粒,研究反应时间、温度和反应物浓度对纳米颗粒结构及形貌的影响。针对具有传热性能的磁性纳米颗粒,测量磁性纳米颗粒悬浮液的磁性和热物性（导热系数、粘度和比热容）。针对具有光催化性能的磁性纳米颗粒,测量磁性纳米颗粒悬浮液的磁性和光学性能。结果表明,磁性纳米颗粒悬浮液既具有磁化特性,同时在对粘度和比热容影响较小的基础上,能够明显提高基液的导热系数,可作为磁控热输运的潜在介质,为进一步研究磁性纳米颗粒悬浮液的对流换热、光热转换及储能特性提供材料和基础物性参数。基于磁性纳米颗粒悬浮液动力学理论,建立磁-热-流多物理场耦合输运模型,提出磁场强化传热方法,分别从实验及模拟两方面研究磁性纳米颗粒悬浮液自然对流和强迫对流的换热效果,对局部换热特性进行有效调控。通过求解麦克斯韦方程获得磁场分布,计算流体所受的磁性体积力,改变流动传热状态。对于矩形方腔自然对流区域,利用磁场强化换热方法提高其换热效率,从而降低与纳米颗粒悬浮液接触的加热壁面的温度梯度,拓宽换热阈值。对于直圆管内的强迫对流,磁场对换热特性的影响主要体现在直圆管的局部区域。在外加磁场作用下,平均换热效率提高12.2%,局部换热效率提高30.2%。基于磁性纳米颗粒悬浮液,提出一种磁响应快速加热/冷却方法,在纳米颗粒运动和磁性纳米颗粒悬浮液液滴变形的理论基础上,建立热源和散热器之间的快速导热通道,证明磁响应热开关的磁敏感性、传热的可调节性和循环性。在散热器中进行的过热保护实验表明,该方法可有效降低电子元件的工作温度。与基液相比,磁性纳米颗粒悬浮液使得电子元件的稳定温度下降了22.6%。此外,设计一种磁控换热装置,通过调节磁场分布和材料性质来实现可控的热交换特性,并提出一种基于航天器背景的热管理系统。使用磁性纳米颗粒悬浮液系统传热效果增强30.6%,磁场作用下传热效果增强96.8%。基于光热转换性能的评价模型,设计并搭建光热转换产汽装置和催化装置,并进行磁性纳米颗粒悬浮液光热转换特性研究,分析光强、反应物浓度及颗粒材质等对光热转换的影响。光热产汽实验表明,磁性纳米颗粒悬浮液在低浓度下平均温度较高而蒸发速度较低。光热催化实验表明,通过增大反应面积和洛伦兹力,可提高磁性催化剂产生和传输光生载流子的能力。相比Fe3O4纳米颗粒,Fe3O4@CNT纳米颗粒的分离速度更快,回收效果更好。随着磁场强度从25m T增加到100 m T,Fe3O4@Ti O2磁性纳米颗粒的回收效率增加近一倍。因此,可从外加磁场与材料物性两方面调节和提高回收速度和效率。基于磁性复合相变材料,建立光热存储评估模型及实验平台,提出一种磁场增强的光热储能方法。在不同的磁场强度下,进行磁性纳米颗粒悬浮液相变特性实验和模拟研究。建立纳米颗粒系统热阻网络,分析磁场增强光热储能机理。当磁场强度从0 m T增加到400 m T,磁性复合材料比石蜡的储热容量高出近40%,最高蓄热效率约为石蜡的4.5倍。磁场增强光热储能发电应用研究表明,磁场可通过增强相变材料温升效果,进一步加大热电模块温差。相比无磁场条件下,热电模块电压增加了50%。相变潜热与平均温度经过6次循环实验,表明磁性相变复合材料在太阳能热利用中具有良好的稳定性。