柴油机缸内壁面传热过程能够同时影响缸内近壁燃烧的燃烧效率和燃烧室结构的热负荷,因而关系到柴油机整机的运转性能和工作可靠性。在近年来柴油机追求不断强化的发展趋势下,对柴油机缸内壁面传热过程的理论模型研究,能够有助于提升强化柴油机的模拟仿真与整体设计水平,从而实现更高效、更清洁的缸内燃烧与更高的工作可靠性。本文针对我国军用柴油机研制过程中迫切需要解决的传热关键问题,分别研究了(1)柴油机缸内反应流动中壁面湍流传热过程的近壁湍流各向异性现象、壁面传热理论预测模型,(2)缸内附壁蒸发油膜传热过程的解析传热预测模型。本文的主要研究内容及创新成果如下:设计并编制了用于计算可压缩、反应湍流流动的直接数值模拟程序包。程序包基于OpenFOAM平台,能够用直接数值模拟方法求解湍流,用化学动力学方法求解燃烧反应,用非反射边界条件消除流场数值波误差,用数据映射方法给定湍流入口边界条件,用人工涡演化方法形成初始湍流场。基于所开发程序包,计算了可压缩非反应湍流流动与可压缩反应湍流流动。分析了非反应湍流流动的计算结果,证实了所开发程序包的有效性与计算算例设置的正确性。处理了非反应与反应湍流流动结果数据,计算了近壁湍流的两点相关矩、相关函数,对比了非反应与反应湍流流动中的相关函数与特征长度,揭示了反应流动中的湍流各向异性特征。结果表明:较非反应湍流流动,反应湍流流动中的近壁区域湍流具有更为显著的各向异性特征;另外,与非反应流动中远离壁面的空间湍流的均匀、各向同性特征相比,反应流动中远离壁面的空间湍流却呈现非均匀、各向异性特征。基于非反应与反应湍流流动结果数据,探究了原椭圆混合湍流模型所用的非反应流动假设在反应流动中的有效性,发现了在反应流动中近壁湍流的两点相关矩与相关函数的呈现规律。改进了原椭圆混合湍流模型的所用假设,发展了能够预测反应湍流流动的新近壁湍流模型,形成了新的近壁湍流传热预测模型,对比了新模型与现有计算模型的预测效果,结果表明:相比于现有计算模型,新传热预测模型能够更为准确地预测燃烧已燃区的壁面湍流传热热流。推导了考虑油膜表面蒸发过程的油膜传热方程解析解,基于此提出了用于计算内燃机缸内附壁蒸发油膜传热过程的新模型,对比了新模型与现有油膜传热模型的预测效果,结果表明:新油膜传热模型在预测油膜瞬态温度分布上具有显著的准确性优势。最后,分析了两种现有油膜传热模型预测准确性低的根源、及其所使用假设的局限性。