大功率船用柴油机活塞的高效冷却问题是先进柴油机活塞设计的关键问题之一。活塞振荡冷却效率高,并且被广泛采用。振荡冷却效果受到很多因素影响,针对这一问题国内外开展了大量的研究。目前研究主要针对传热系数计算方法和活塞结构变化对温度分布的影响,而对活塞工作过程中冷却机油受到的活塞往复激励、浮力效应和惯性力相互耦合作用的研究工作匮乏。随着数值计算方法和计算机技术的发展,计算流体力学(CFD)逐渐成为研究活塞振荡冷却过程流动和传热特性的主要工具之一,采用CFD技术,可以更加清晰地观察到活塞内冷油腔中冷却机油的流动及分布规律,并得到活塞运动过程中每个时刻内冷油腔中冷却机油体积分数分布及油腔壁面不同位置处换热系数的变化规律,这可以为活塞有限元分析提供更加精确的热边界条件,进而为活塞的优化设计提供一定的参考依据。本文采用数值计算方法,针对活塞振荡冷却过程中的冲击射流问题,分析影响冲击射流传热特性的各种因素,采用13种不同湍流模型,对冲击射流模拟结果进行了分析,深入研究湍流模型对往复激励下冷却液传热影响。首先探讨了不同的湍流模型对冲击射流(包括狭缝射流,圆孔射流)的流动和传热特性预测的准确性,其中包括甚少应用于冲击射流领域的Spalart-Allmaras模型,并分析了影响湍流模型准确性的因素,如进口条件,湍流度等,最终得出低雷诺数修正的SST k-?模型综合表现最好;之后,分别对影响狭缝射流和圆孔射流流动和传热特性的主要因素进行了数值计算,包括雷诺数,冲击高度,射流倾斜角度,Pr数,进口脉动,冲击板结构及Bi数等,详细分析了其对冲击射流传热特性的影响,并根据得到的数据对冲击射流的传热系数进行修正,与相关文献进行对比,吻合较好;最后,对柴油机活塞振荡冷却过程中的流动和传热过程进行了研究,采用VOF两相流模型模拟油气两相,采用非惯性坐标系模拟活塞运动,得到了不同转速下内冷油腔中冷却机油的体积分数分布及壁面换热系数变化规律。研究结果表明,活塞振荡冷却过程可以带走大量热量,保证了良好的换热条件,从而有效降低活塞温度。