愈发严重的能源和环境问题要求内燃机的结构更加紧凑和复杂，缸盖等零部件所受的热负荷急剧增加，对内部冷却水腔提出更高的换热要求。对流换热方式开始无法满足日益严格的换热需求，而沸腾换热由于其高效的换热特性逐步受到广泛关注。许多学者在内燃机流动参数、冷却工质对沸腾换热的影响以及沸腾模型建立等方面开展了大量试验和模拟研究，但在表面形貌方面的研究相对较少。由于带形貌的表面能够促进气泡成核，提高沸腾换热效率，研究其对冷却水腔内沸腾换热的影响对提升内燃机冷却系统的换热能力具有重要意义。本文修正了VOF模型中的传质模型，建立了适用于内燃机工况的高精度沸腾换热计算模型，在冷却流道上布置不同表面形貌，从热流密度、流速、空泡份额等方面探究表面形貌强化沸腾换热的规律和机理，主要研究工作及所得结论总结如下：　　（1）基于刘永丰的矩形流道沸腾试验装置，建立了内燃机冷却水腔模拟通道的几何和网格模型，通过试凑法获得使热流密度计算精度较高的质量传递时间松弛因子β的样本集，利用支持向量回归机建立了适用于不同工况的β预测模型，选取其它文献中的试验数据进一步验证了修正β后的VOF模型精度。研究结果表明：在过热度一定时，热流密度随着β的减小而增大。β预测模型测试集的均方根误差MSE和平方相关系数R2分别为0.02和0.997，其精度较高，预测不同文献中的热流密度误差均在20%以内，适用性较好。　　（2）利用修正β后的VOF模型研究了典型内燃机工况下β、热流密度和空泡份额随不同流动参数的变化规律。结果表明：在过热度较小时，热流密度随着流速或过冷度的增大而增大，但较小的过冷度、流速和压力能够促进相间质量传递速率，β值增大；随着过热度的增大，热流密度的增长速率随着流速、过冷度和压力的减小而增大，不同工况下的β值趋于一致。其中流速对热流密度的贡献率达到 48.93%，压力的贡献率仅有 23.5%。加热面不同位置处的平均空泡份额均随着过冷度、流速和压力的减小而增大。在高流速工况下，加热面上方的平均空泡份额沿流向逐渐增大；在低流速工况下，平均空泡份额的最大值位于加热面前半段。　　（3）在冷却流道的加热面上布置了特定结构的圆柱形凹坑，深入探究凹坑形貌强化沸腾换热机理。在不同工况下，该圆柱形凹坑加热面计算的热流密度比光滑表面增加了 10%到 22%。凹坑局部空泡份额较高，其底角和背水侧壁面流速较小，有利于汽泡成核和生长。凹坑内部易形成涡流、扰动剧烈，能够促进对流换热；近壁面流速较低，能够促进沸腾换热。基于不同方案建立响应面近似模型，发现热流密度随着凹坑流向间距或凹坑直径的增大呈现先增后减的趋势，随着凹坑横向间距的减小或凹坑深度的增大而增大。采用模拟退火算法得到了最优圆柱形凹坑方案，其热流密度相比于平面增长了24%。　　（4）基于最优方案，设计了另外3种凹坑与凸起形貌，比较分析不同形貌强化换热的能力。圆柱形凸起强化换热效果最好，热流密度的最大增幅达26.7%。凸起前后端的低流速区域范围较广，近壁面的整体流速最低，能够促进汽泡成核、生长等演化行为。对于凹坑形貌，圆柱形凹坑近壁面流速较小，凹坑内部低流速的狭窄区域较广，有利于气泡成核、生长，其强化沸腾换热能力较强。半球形凹坑近壁面流速较大，凹坑内部光滑、几乎无狭窄区域，不利于汽泡成核、生长。但其上方容易形成涡流、扰动剧烈，因此其强化对流换热的能力好于圆台形凹坑，但促进沸腾换热的作用最弱。