气缸盖由于工作环境恶劣,往往因热负荷而导致失效,其冷却能力成为制约柴油机往高功率密度方向发展的关键因素。目前提高缸盖冷却能力的手段主要集中在流动参数的优化和缸内流道的布局,却很少有人对水腔流道的表面结构进行强化传热研究。为此,本文针对热负荷最大的鼻梁区流道,通过设计不同的表面结构形式,从而达到强化鼻梁区传热能力的目的。在高热负荷下,鼻梁区流道会出现对流和沸腾两种形式的传热。因此,先分别地就对流传热和沸腾传热的能量方程进行分析,得到了以速度场与温度场的场协同原理为强化对流传热的理论指导;以及通过增加汽化核心和促使气泡脱离等为强化沸腾传热的方向。最后以增强流动的扰动和扩展传热的表面积为实现的手段,从而设计强化鼻梁区传热的流道表面结构。为更好进行强化鼻梁区传热的实验研究,先采用性能仿真软件对某高强化柴油机进行性能仿真,得到了进行气缸盖流-固耦合仿真计算的热边界条件,并对缸盖进行流固耦合传热仿真分析。对仿真结果进行后处理,提取鼻梁区流道工况的数据作为后续实验研究的边界条件。实验时将排气门鼻梁区沿流道截面进行了简化,并搭建了简化的鼻梁区流道的流动沸腾传热实验平台,使用上面仿真所提取到的工况数据作为实验的边界条件,并对所设计的结构表面进行流动传热实验,研究各种结构表面的传热特性。选用沸腾壁面的热流分配模型,对各种结构表面的简化流道进行考虑沸腾的流-固耦合传热仿真计算。基于气缸盖水腔的工况校核沸腾模型中的气泡脱离直径、气泡平均直径等计算模型,从而提高仿真的精度。通过仿真与实验相结合进行结构表面传热仿真分析,并根据相关的结果进行结构优化设计,最终得到具有高效传热能力的鼻梁区流道表面结构。