工质的流动换热常见于各行各业,如动力机械、冶金工程、石油化工等领域,在这些行业内,换热过程都有着很重要的作用。因此提高工质换热性能和研究新的主动强化换热技术是两个重要的发展方向。其中纳米流体和电场强化工质换热技术是最具有潜力的领域之一。本文围绕纳米流体换热特性研究及电场主动强化换热,并将两种换热技术结合起来,开展了以下实验和数值模拟研究。采用不同多相流模型模拟了纳米流体强制对流换热特性与自然对流换热特性,其多相流模型包括混合模型和欧拉模型,研究了浓度、雷诺数、瑞利数等对努塞尔数和阻力系数的影响。研究表明多相流模型对纳米流体换热特性有较好的适用性,特别是浓度高的纳米流体换热,且从宏观角度表明一般常规纳米流体并没有表现出很强的纳米特性。采用两步法,制备了不同浓度的Al₂O₃-变压器油纳米流体以及纳米悬浮液。观测了纳米颗粒的尺寸与形貌特征,测定了纳米颗粒在基液中的粒径分布和Zeta电势,测定了其比热和粘度。此外,运用瞬态热线法,设计和搭建了电场下等效导热系数测试装置,基于此测量了不同电场、温度、浓度和粒径等条件下纳米流体等效导热系数相对纯工质的强化值。在常规纳米流体导热系数模型的基础上,根据电介质等相关理论,建立了电场下纳米流体等效导热系数的数学预测模型,并将计算值与实验值进行了对比。实验结果表明,电场对纳米流体等效导热系数有强化效果,并随电场、温度和浓度的增大而强化效果增强。模型的计算对比结果表明本文提出的预测模型能较好的预示电场下纳米流体等效导热系数。设计和搭建了电场作用下纳米流体在方腔内换热实验装置,研究了电极形式、电场强弱、浓度、热流密度等因素对变压器油和纳米流体电对流与混合对流换热特性的影响,并且研究了电场强弱、浓度以及热流密度对纳米悬浮液混合对流换热特性的影响。实验结果表明,电场下纯变压器油方腔内电对流换热有较好强化效果,随电压增大而增强。但电场对纯变压器油混合对流换热有恶化作用,随电压增大而恶化减弱,直至微弱强化。电场对纳米流体方腔内电对流和混合对流都有强化效果,且随电场强弱、浓度和热流的增大而增强。纳米悬浮液电场下换热也类似纳米流体表现,但存在最佳强化效果浓度。采用格子玻尔兹曼方法研究电场下纯变压器油方腔内换热特性及机理,建立了电场、流场及温度场耦合的物理和数学模型。此外,运用电场下纳米流体等效导热系数模型来进一步研究该模型对电场纳米流体换热预示作用适应性。数值研究了电场下方腔内混合对流和电对流换热特性的影响,其工质包括纯变压器油、纳米流体。考察了电压、热流密度、浓度等对电场强化换热因子的影响,对比了模拟值与实验值。分析了作用于基液的电场力中电泳力、介电电泳力和电致收缩力对方腔内换热影响的相对大小,并比较了作用于纳米颗粒的电泳力和介电电泳力的相对大小。另外,从纳米颗粒微观运动层面,研究了纳米颗粒电场作用下在基液中的动力学特性,讨论了电场强弱、粒径、Zeta电势、温度对纳米颗粒在基液中运动的影响。模拟和计算结果表明,电场、流场和温度场耦合模型能较好模拟电场下纯工质电对流和混合对流换热特性。混合对流下,电场破坏了自然对流循环机制,使得恶化效果出现。此外,对纳米流体的模拟结果表明,综合电场、流场和温度场耦合模型及电场下纳米流体等效导热系数的模拟可以模拟电场下纳米流体的换热特性,基液中的纳米颗粒主要受电泳力作用,纳米颗粒基液中运动随电场的增大、粒径的减小、Zeta电势的增大、温度的升高而强化效果更好。