内燃机朝着高燃烧温度、高缸内压力、高功率密度的方向迅速发展,造成整机尤其是燃烧室部件的冷却散热面临巨大的挑战。近年来国内外学者研究发现新型无水冷却介质具备沸点高、寿命长、防气穴气蚀、传热性能良好等特点,能够满足内燃机对冷却介质的工作要求。进行新型无水冷却介质不同组分的热物性、传热特性以及对内燃机工作性能影响的研究,是研发高效节能型内燃机技术的关键步骤。因此,本文采用试验研究的方法,以丙二醇为基础液,乙二醇和丙三醇为掺混液,研制新型无水冷却介质,对不同组分冷却介质的热物性进行测量和传热特性试验,研究温度对不同组分冷却介质热物性的影响,为无水冷却介质的传热特性研究提供物性分析,探索不同组分冷却介质对内燃机传热特性的影响规律,为无水冷却介质在内燃机上的应用提供理论基础。首先,以内燃机对冷却介质的性能要求为导向,制备体积分数为75%丙二醇-25%丙三醇(冷却介质一)、75%丙二醇-25%乙二醇(冷却介质二)、100%丙二醇(冷却介质三)三种新型无水冷却介质,对制备的冷却介质进行热物性测量和性能评价。分析结果表明:与常规冷却介质相比,新型无水冷却介质的沸点(≥150℃)更高,具有优异的防沸性能;相同温度下常规冷却介质的导热系数和定压比热容分别为新型无水冷却介质的1.5倍和1.2倍;不同温度下,不同冷却介质的密度相差较小,在0.02 g/cm~3左右;在高温下不同冷却介质粘度相差较小,在低温下冷却介质一的粘度过大,不满足内燃机的性能要求,因此以冷却介质二和冷却介质三为主要研究对象,进行更加深入的研究。在新型无水冷却介质的热物性研究指导下,搭建模拟内燃机冷却水流动通道试验平台,测量分析热流密度、加热壁面温度等参数,探究入口流速、入口温度、冷却介质组分对传热特性的影响规律。试验结果表明:热流密度和壁面温度基本呈正相关线性关系,即壁面温度升高,热流密度增大;相同壁面温度下,入口温度越低,热流密度越大;入口温度每低10℃,常规冷却介质和无水冷却介质的热流密度分别增加30%、10%。最重要的,由于无水冷却介质的高沸点物性,使其在160℃的高壁面温度下仍然保持着良好的单相对流传热,能够满足内燃机在持续大负荷工况下运转的散热要求,这是常规冷却介质所无法比拟的。在此基础上,搭建柴油机性能测试系统,对比分析柴油机工作温度、尾气排放、燃油消耗量等指标,探索不同冷却介质对柴油机工作性能的影响。试验结果表明:当柴油机试验台架冷却水箱循环温度设定为80℃时,柴油机使用常规冷却介质和冷却介质二、冷却介质三的冷却液出口温度分别为82.10℃和81.14℃、80.77℃,与常规冷却介质相比,柴油机使用冷却介质二、冷却介质三的润滑油温度平均上升5℃左右;当柴油机试验台架冷却水箱循环温度设定为95℃时,使用三种冷却介质的出口温度和润滑油温度相持平。与常规冷却介质相比,使用新型无水冷却介质后,柴油机的烟度、CO、HC排放都有不同程度的降低,尤其是在烟度、CO、HC排放较高的工况,降低效果更加显著。在试验台架冷却水箱循环温度设定为95℃和大负荷工况下NOx排放增加大约30%,其他工况增加较小。在燃油消耗量方面,柴油机使用两种新型无水冷却介质相对于常规冷却介质,得到了降低油耗的效果,其中在试验台架冷却水箱循环温度设定为95℃时,柴油机使用冷却介质三比使用常规冷却介质的加权平均燃油消耗量降低了3.11%。