气门是发动机特别重要的部件,控制着气体的流进与流出,特别是排气门长时间接触燃烧室内高温高压气体,因此受制于高的热负荷必须防止气门材料热疲劳的破坏。TGDI（Turbocharged Gasoline Direct Injection）直喷涡轮增压汽油发动机的缸内温度特别高,排气温度高达1000°C,传统的实心钢气门在这样的极限条件下极易失效,而钠冷气门内部以液钠（钠在97.5°C呈液态）作为工作介质可以有效地改善气门的传热。气门的周期性往复运动（液钠和空气产生振荡效应）导致热量在气门杆更好的分配,从而可以避免气门极端热区域的形成。本文通过数值方法研究钠冷排气门的温度场以及转速、倾斜角、管径和液钠填充水平对钠冷气门传热特性的影响,不仅对于理论研究具有重要的意义,而且对于工程应用也具有实际的意义,另外相关的研究文献也较为少见。本文立足于重庆市研究生科研创新项目“直喷增压汽油发动机钠冷气门两相流传热传质的数值研究”（项目编号:CYS19029）,主要研究内容如下:首先,在1.5 L TGDI的发动机台架试验上,利用整体硬度法测量实心气门和钠冷气门的轴向和径向温度场,测量结果表明:在气门的轴向和径向,同一位置处,钠冷气门的温度低于实心气门的温度。钠冷气门的轴向最高温度是667°C,比实心气门的低了153°C,而且气门最高温度的位置发生了转移,钠冷气门的最高温度位于气门颈部,而实心气门在第一热点处（气门座锥角的延长线与气门轴线的交点）;钠冷气门的径向最高温度比实心气门的低67.8°C,最高温度位置都在气门头部底面的中心位置（第二热点）。为了计算钠冷气门的温度场,第一类边界条件（给出物体边界上温度分布及其随时间的变化规律）和第二类边界条件（给出物体边界上的热流密度分布及其随时间的变化规律）都是不适用的,于是本文采用第三类边界条件（给出了与物体表面进行对流换热的流体的温度及表面传热系数）。根据气门在实际环境中与缸盖的热交换情况,考虑气缸盖不同参数对气门热交换的影响,理论上应把气门充分细分为7个区域,然而考虑到计算的方便和热交换的影响程度,本研究把实心气门分为4个区域,即气门杆-气门导管、气门杆-排气道、气门座、气门底面-燃烧室面,并计算气门每个区域的瞬时对流换热系数和绝热壁面温度,最后根据发动机一个循环（T=4π）计算排气门每个区域边界条件的平均值,把平均值作为有限元分析的边界条件计算出气门的温度场。为了准确计算温度场,需要根据实际测量的温度场,不断修正边界条件,以此修正后的平均值近似作为钠冷气门外部的边界条件。对于钠冷气门内部边界条件的计算,本研究假定气门保持静止,液钠和空气相对于气门往复振荡,建立动网格模型,液钠和空气的相互作用是一个气-液两相流的问题,为此建立VOF（Volume of Fluid）多相流模型,最后计算出内部的边界条件,结合钠冷气门外部的边界条件,最终计算钠冷气门的温度场。计算结果表明:在钠冷气门轴向,计算温度与实测温度的最大误差是45.5°C,相对误差是7.52%;在钠冷气门径向,计算温度与实测温度的最大误差是37.2°C,相对误差是5.79%,它们的最高温度相对误差都低于8%。最后,本文研究了转速、倾斜角、管径以及液钠填充率对钠冷气门传热性能的影响,研究结果发现,液钠填充率和转速对于气门的传热效率是最重要的影响因素,而且液钠最理想的填充率大约是30%-50%,管径和倾斜角对气门传热性能的影响较小。