随着不可再生能源的不断消耗和环境问题的不断恶化,寻找能够代替的燃料意义重大。天然气作为一种能够胜任替代石油资源的清洁能源,在发动机领域受到越来越多的关注。随着发动机技术的飞速发展和国家排放标准不断提升,缸内气体压力和温度也不断升高,活塞作为燃烧室的一部分,与缸内气体直接接触,其热负荷也不断增加,这要求活塞具有更好的冷却效果。本文以天然气发动机为研究对象,建立燃烧模型和活塞流固耦合模型,对活塞热负荷进行模拟计算,研究压缩比、过量空气系数和冷却油腔形状对活塞温度场的影响。本文主要研究内容和结论如下:（1）通过台架试验获得天然气发动机实验数据,使用GT-Power软件对一维模型进行标定,使用Converge软件对发动机燃烧室三维燃烧模型进行标定,对标定结果做时均处理,采取映射的方式获得活塞顶面的换热边界条件,通过经验公式计算得出活塞侧面的换热边界条件。使用Solid Works对活塞进行三维建模,在Converge中对活塞进行流固耦合模拟计算求得温度场分布。根据温度场分布显示,冷却油腔是活塞最主要的冷却方式。（2）设置不同压缩比和不同过量空气系数,对不同发动机结构和运行参数的燃烧室模型仿真计算,将结果映射到相同的活塞顶面,计算活塞的温度场分布。结果表明增大压缩比,活塞顶面流体温度和换热系数增大,活塞的温度随之升高;增大过量空气系数,活塞顶面流体温度和换热系数减小,活塞的温度随之降低。（3）设计三种不同形状的冷却油腔,对四种活塞在高负荷工况下进行流固耦合计算。结果表明圆形比长圆形的冷却油腔活塞最高温度高出8.91K,说明活塞温度主要受冷却油腔的高度影响;长圆形比倒水滴形的冷却油腔活塞最高温度高出4.53K,说明活塞温度次要受竖直方向上内壁面的形状影响。活塞的冷却油腔设计应综合考虑冷却油腔的形状和位置。