船用柴油机相较于车用柴油机,有转速低、零部件转动惯量大、运动件摩擦磨损大、油膜润滑困难以及燃烧室零部件冷却困难等特点。其中低速大功率柴油机活塞的热负荷过高,散热不当易出现活塞烧蚀、热裂、机油结焦甚至拉缸等问题。低速柴油机解决活塞冷却问题常采用组合活塞内冷却油腔的设计。准确地评估油腔的振荡冷却过程及影响因素对活塞设计具有重要的意义。本文对低速大功率柴油机活塞振荡传热问题进行了研究,主要内容如下:为进行低速大功率柴油机组合活塞大型冷却油腔在往复振荡过程中的流动传热特性研究,本文首先进行了冷却油腔建模、网格划分及网格无关性验证。分析了冷却机油振荡传热机理,对机油两相流动物理过程进行了相关的简化。通过模型对比,挑选了适应计算精度及计算时间成本的湍流计算模型及CLSVOF两相流模型。针对具有双内冷却油腔的大型冷却油腔流动传热过程进行了数值计算分析,研究了发动机中低转速条件下,转速及冷却机油入口流量对流动传热特性的影响。研究发现低速柴油机的冷却油腔在工作过程中,油腔充油率水平较高一般在0.8左右。内外冷却油腔的机油流动传热特点有一定差别,内冷却油腔的往复振荡换热强度要低于外冷却油腔。在低转速下,大型冷却油腔总的换热主要受充油率影响。冷却机油入口流量一定时,随着发动机转速增加充油率下降,油腔换热量减少。外冷却油腔机油往复振荡强度较强,受发动机转速和油腔充油率两方面的影响,壁面换热量随着转速的增加先减小后增大。本文还针对内外冷却油腔连通管道数量及管道直径、出油口高度及出口直径,利用正交设计试验进行冷却油腔结构参数的显著性分析。发现影响流动传热效率的主要几何因素为连通管道数量及直径。根据仿真计算结果拟合得到适用于低速柴油机外冷却油腔振荡传热的无量纲关联式,此关联式考虑了充油率、入流机油流量对振荡传热的影响。本文还针对实际低速大功率柴油机组合活塞的振荡冷却过程进行了研究,获得了具有分隔式小腔室油腔的流动传热特性。为进行活塞温度场计算,进行了活塞顶、活塞环槽区域边界条件计算,综合油腔壁面换热边界条件建立了活塞温度场有限元分析模型获得了组合活塞较为准确的温度分布。根据计算得到的活塞温度场及油腔结构参数正交设计试验的分析,对冷却油腔结构进行了优化,增加了连通管道的数量。进一步流动传热研究,发现油腔的振荡冷却效率增加。通过活塞温度场有限元分析,发现油腔结构优化后活塞热负荷得到了改善,活塞喉口最高温度降低了18.26度。