现代社会对高强化、高功率密度的内燃机的需求越来越大,发动机结构所承受的热负荷不断地增加。气缸盖是内燃机中结构最为复杂,热负荷最为严峻的零件之一。气缸盖内冷却水的流动与传热状况直接影响到气缸盖的使用寿命与发动机的可靠性。现有研究已经证明,高负荷工况下的内燃机冷却水腔内存在冷却水沸腾的情况。由于汽化潜热的存在,沸腾换热效果是非相变对流换热的数倍甚至数十倍。若能合理利用冷却水腔内的过冷沸腾传热,则无需改变现有冷却水腔的结构,即可达到大幅度强化换热的目的。将过冷沸腾传热数值模拟研究应用于发动机气缸盖冷却水腔的前期结构设计中,可以预测冷却水腔的温度分布,有利于气缸盖的结构优化,从而大大缩短内燃机的设计周期。传统的过冷沸腾传热数值模拟大多是建立在Chen模型基础上的单相流数值模拟方法和均相流数值模拟方法。它们忽视了气体与液体的流速差异,只能在特定工况下与实验数据相吻合。本文所采用两相流数值模拟的研究方法,与传统单相流数值模拟方法相比,更符合实际物理情形,结果更加准确。首先,依据Robinson的实验,采用多相流的数值模拟方法,结合目前常用的6种沸腾子模型,确定了在矩形截面通道内,过冷沸腾传热模拟所需要的沸腾模型的选用,证明了多相流模拟方法与实验结果能很好地吻合；同时发现了过冷沸腾传热数值模拟中,最重要的影响参数为湍流离散力。其次,通过流固耦合传热数值模拟,获得了实际内燃机运行工况下气缸盖的温度分布,以及气缸盖冷却水腔内冷却液的温度分布、速度分布与压力分布,结果表明内燃机气缸盖冷却水腔鼻梁区的壁面温度已经超过了冷却液饱和压力所对应的沸点,证实了气缸盖冷却水腔内过冷沸腾现象的存在。最后,对比了欧拉两相流模型与均相流模型在内燃机冷却水腔鼻梁区内数值模拟的结果,结果表明欧拉多相流模型相对于均相流模型有更好的适应性；在T型截面通道内,通过改变进口流速,发现仅存在对流换热时,冷却液流速是影响换热效果的重要因素,然而存在过冷沸腾时下,冷却液流速对换热效果的影响并不大；将过冷沸腾应用于气缸盖鼻梁区,可以将换热系数提高50%以上,而泵功损失的增加在30%以内。