高功率密度内燃机是今后内燃机行业发展的一个主要方向。功率密度的提高直接导致了内燃机热负荷状况的恶化。所以新型冷却系统的设计、冷却换热性能的优化、新型高速冷却水泵的研究越来越受到内燃机行业的重视。同时,随着国家内燃机节能减排法规的进一步严格,内燃机曲轴箱通风系统机油消耗问题也受到了更多的关注,新型油气分离器的设计开发被逐渐应用到各型内燃机上。EGR系统作为降低内燃机NOx排放指标的重要手段,其新型冷却器的设计开发势在必行。本文将CFD仿真与试验分析相结合,对内燃机的流体换热及气液分离问题进行了深入系统的研究,取得了显著研究成果。以某型车用柴油机为例,建立了冷却水套流固耦合的沸腾换热分析模型。研究了该机冷却水套的温度场、压力场、流速场,优化了缸盖上水孔各孔间流量分配。对冷却水套的关键数据进行了试验分析,验证了所建模型的正确性。运用冷却水套所得的数据对该柴油机缸盖进行了热负荷分析,并与鼻梁区温度场试验数据对照,验证了仿真分析结果的准确性。应用CFD仿真分析技术研究了内燃机高速水泵顶端间隙与其主要性能指标之间的相互关系。采用顶端间隙优化方法对某型内燃机高速水泵进行了优化设计。新设计的水泵样件与原水泵对比试验结果表明,新水泵综合性能明显提高,证明本文提出的高速水泵顶端间隙优化方法有很大的工程应用价值。详细分析了某型柴油机机油消耗与内燃机转速、负荷之间的关系,并进行了曲轴箱通风系统窜气流量和窜气中机油含量的试验研究。运用DPM模型,以试验数据为边界条件研究了迷宫式油气分离器流场及统计得出的分离效率。在大量仿真分析的基础上,设计开发了一种迷宫式油气分离器样件,经试验验证,在曲轴箱通风系统压力和流量变化不大的情况下,新型油气分离器比原有油气分离器降低机油消耗量达50%。创新发明了一种EGR冷却器测试分析系统,不仅可以测试换热性能,还具备进行冷热冲击和积碳试验的功能。以此系统为依托,结合CFD仿真分析手段,对两种典型的EGR冷却器进行了多种性能参数系统的试验和仿真分析,获得了一些有新意的结果和结论,填补了对EGR冷却器设计开发有重要参考价值的数据空白。