冷却系统是内燃机的一个重要组成部分,随着内燃机升功率的大幅提高,必然会产生更高的缸内温度,从而造成更多的热量传递给燃烧室部件,由此产生的内燃机冷却问题变得越来越突出,已成为制约内燃机高强化发展的一个瓶颈,冷却系统工作性能的好坏将直接对内燃机的使用寿命、燃油经济性等产生重要影响。所以冷却系统的优化设计是内燃机设计过程中的一个关键性问题。本文采用直接流-固耦合的方法,利用不同的内燃机冷却系统强化传热的手段,对CA6DE2-23型柴油机冷却系统和燃烧室部件的传热进行了相关的研究,文章主要工作及创新点包括：首先,进行常规冷却介质下内燃机冷却系统与燃烧室部件流-固耦合计算,之后分别考察冷却系统的压力损失、换热系数分布与温度场等来评价冷却系统的流动与换热效果,再通过分析发动机燃烧室部件的火力面最高温度,及温度梯度等来评价内燃机燃烧室部件的热负荷。然后,根据纳米流体强化换热的特性,将其应用于发动机的冷却系统内,代替目前内燃机冷却所使用的传统工质,对整机冷却系统采用直接流-固耦合数值模拟,对纳米流体分别采用单相流以及欧拉-欧拉两相流的计算方法,分析纳米流体在内燃机冷却系统中应用价值,并将纳米流体的强化传热效果与常规介质纯水的数值换热情况进行对比。研究发现,加入纳米流体之后,内燃机冷却水腔内流场、压力损失等并未发生明显的变化,但传热效果大幅增强,燃烧室部件的最高温度和火力面的温度梯度都显著降低,考虑两相之间相互作用的两相流模型比只考虑物性改变的单相流模型的计算结果更准确。最后,利用过冷沸腾可以强化传热的特点,本文在欧拉均相模型的基础上,建立六缸柴油机流-固耦合的两相流沸腾传热模型,对内燃机冷却系统整体进行三维流动传热计算。模拟计算中先不考虑相变因素对于传热的影响,进行单相对流换热的计算,分析此时燃烧室部件与冷却系统的换热情况,然后在同样网格以及边界条件的基础上,添加过冷沸腾模型,完成两相流沸腾传热模型的计算。比较无相变与有沸腾相变的计算结果,分析相变因素对于冷却系统传热的影响,发现在有相变的情况下,流体近壁面换热系数明显增加,并且若只考虑强制对流传热,忽略水套中的沸腾现象,将会分别高估缸盖火力面和水腔内壁面最高温度25k和38k,这将直接影响对高强化柴油机燃烧室热负荷安全性的评估。