在大型舰艇用柴油发动机的研制过程中，柴油机的性能指标容易达到设计要求，但其使用寿命和工作可靠性难以达到预期目标，尤其是气缸系统及其零部件在工作过程中会由于外载荷的作用而发生破坏。气缸系统是对柴油机性能影响最大的关键部位，也是柴油机中工作条件最为恶劣的部位。气缸系统在柴油机工作时承受螺栓预紧力以及燃气的高温高压作用，并由于缸盖等部件几何形状十分复杂，气缸系统中各零部件的热应力和机械应力分布很不均匀，缸盖和缸套等部件很容易发生破坏，因此，分析气缸系统在外载荷作用下的温度场、应力场和变形情况对优化柴油机设计具有重要意义。本文首先综述了船用柴油机的发展现状和趋势，对CAE技术在发动机设计中的应用做了介绍，主要分析和讨论了CFD分析技术和热-机耦合分析方法在发动机分析中的应用。根据第七一一研究所提供的图纸，采用Unigraphics软件建立了气缸系统各部件的三维实体模型，包括缸盖、缸套、机体、螺栓、水套和垫片，使用MSC.Patran建立了热-机耦合分析所需的固体域网格，使用Gambit建立了CFD分析所需的流体域网格。基于计算流体动力学(CFD)中关于气体运动的控制方程和k-ε湍流模型，并在Gambit建立的流体网格基础上，使用CFD软件FLUENT对柴油机的进排气道进行了流场分析，得到了气道内的温度场。根据计算的气道温度场结果，确定了缸盖和缸套温度分析的第三类边界条件，对缸盖和缸套进行了热传导分析，得到了符合实际工程经验的温度场。将计算得到的温度场结果作为温度载荷，并考虑螺栓预紧力和燃气爆发压力的作用，根据已划分的固体域网格，通过定义各部件之间的非线性接触关系，最终得到计算所需的模型，并分别计算了四种工况——预紧力工况、机械载荷工况、热应力工况和热-机耦合工况。计算结果表明，温度载荷对各部件的应力和变形影响较大，缸盖火力面鼻梁区的温度和应力均较高，而其他零部件的应力及变形均在许用范围以内。本文的分析计算为某型号艇用柴油机的结构优化设计提供了理论指导。