发动机冷却系统的作用是使发动机在适当范围内工作，发动机的工作温度过低或者过高都会影响发动机正常工作。沸腾传热是发动机缸盖冷却水腔内的一种重要换热方式，合理地利用沸腾传热不仅可以改善发动机冷却效果，使温度场分布均匀，有效地减小缸盖热-机械应力；同时可以改善排放性能，减小燃油消耗率，节约发动机的制造成本等。由于发动机冷却水套结构复杂，这就使得冷却液流动复杂多变，温度分布不明确，传统的实验手段难以解决，而CFD数值分析恰好在此方面具有独特的优势。本文以Chen模型为理论依据、以实验对比为前提、以CFD模拟计算为主要手段，围绕发动机水套内沸腾传热展开相关研究。本文所做主要工作如下：1）在Chen模型基础上引入气相率概念建立两相流沸腾数学模型，流动沸腾形成的气液两相流混合物用相对速度描述并用动量方程求解。而后根据数学模型在C语言环境下编写用户自定义函数（UDF）并嵌入至FLUENT用户扩展平台，从而弥补了FLUENT软件缺陷，使流动沸腾这个两相流传热过程得以实现。2）直列四缸汽油机各缸工作环境具有特殊的相似性，本文创新性地将发动机水套中的某个水套单独截取出来作为研究对象并施加准三维边界条件，以最直接的方式消除传统-流固耦合边界条件产生的中间误差，最大限度的保障计算结果的准确性。而后还原了发动机水套模型并进行对比计算。在证明了单缸模型的可靠性之后，对完整模型下过冷沸腾传热规律展开进一步的研究，在根据结果绘出的热流密度-流速曲线中，证明了确存在一个理论上最优流速。3）在加热表面加工出矩形、三角形、梯形和圆形四种具有相似的特征比例不同形状的肋筋，定量的分析不同肋筋之间的差异。计算结果表明：含有肋筋的表面可有效地增加热流密度而强化传热；随着流体流速与加热温度的增加，传热特性差异逐渐增大；三种形状中三角形效果最好，圆形效果最差。4）分析水套结构的缺点，以增强流动、强化传热为目标提出三种水套结构优化方案，将三种方案分别计算对比后得出结论：方案三最为合理。