活塞作为燃烧室零部件，承受了来自于缸内高温燃气的热负荷直接作用，其中大部分热量都是通过活塞环组传递给冷却水套。高温会使润滑油膜粘度急剧下降、油膜变薄，导致润滑困难、磨损加剧。这会造成内燃机摩擦、磨损加剧，甚至发生结焦，擦伤、拉缸等重大事故，造成内燃机机械损失增大和材料浪费。纳米润滑油具有改善润滑摩擦和强化热量传递的双重优势，如果应用于具有高速、重载、变温等特点的活塞环-气缸套摩擦副的润滑和传热，不但可以提高其摩擦学性能，进而减少摩擦损失，改善内燃机的经济性，减少尾气排放，而且热量通过活塞环-气缸套之间润滑油膜向冷却水套的传递速度也会提高，控制润滑油膜的温度，更进一步的改善活塞环-气缸套的润滑摩擦状态。由于活塞环-气缸套之间的润滑油膜绝大多数时候都处于流体润滑状态，因此可以使用计算流体力学（CFD）方法研究活塞环-气缸套流体润滑状态下纳米润滑油强化对流传热与改善润滑摩擦的性能，找出影响纳米润滑油流变特性的因素，从纳米颗粒与基础润滑油间动量和能量传递的角度分析了添加纳米颗粒改善润滑油对流传热和润滑摩擦耦合的物理机制。　　本文模拟柴油机的实际工况，采用 CFD方法对活塞环-气缸套纳米润滑油改善流体润滑对流传热和润滑摩擦耦合的物理机制进行研究。首先利用单相流模型获得应用纳米润滑油时活塞环-气缸套的各项物理参数，如活塞环和气缸套壁面温度、油膜厚度、环间压力、油膜黏度等。以此为边界条件，将非稳态转换为准稳态，对每一个曲轴转角所对应的润滑油膜状态开展两相流研究，探究影响纳米润滑油对流传热和润滑摩擦性能的因素。最后通过分析加入纳米颗粒对基础润滑油温度场和速度场的影响以及固液两相之间相互作用力，探究活塞环-气缸套纳米润滑油改善流体润滑对流传热和润滑摩擦耦合的物理机制。下面是本文的研究内容：　　（1）以 BF6M1013型柴油机为实机模型，通过运行活塞组-气缸套润滑油膜非稳态热混合润滑摩擦程序，得到应用纳米润滑油时活塞环-气缸套润滑油膜的各项物理参数（活塞环和气缸套壁面温度、油膜厚度、环间压力、油膜黏度等），为接下来的CFD数值模拟提供边界条件。　　（2）内燃机工作过程中，润滑油膜的各项物理参数随时间变化，属于非稳态。本文将非稳态转换为准稳态，对每一个曲轴转角所对应的润滑油膜状态开展两相流研究。采用CFD方法研究内燃机工作过程中纳米润滑油的对流传热与润滑摩擦特性，与基础润滑油对比，发现在内燃机活塞环-气缸套摩擦副中引入纳米润滑油对每一个曲轴转角处的润滑油膜都有改善润滑摩擦和强化传热的效果。　　（3）以某一个曲轴转角所对应的润滑油膜进行分析计算，首先分别探讨纳米颗粒体积分数、颗粒粒径以及颗粒种类影响对流传热和润滑摩擦的规律。然后从纳米颗粒的微运动和纳米颗粒与基础润滑油相互作用出发，观察加入纳米颗粒后润滑油的速度场与温度场的变化。接着从纳米颗粒微运动出发，分析固液两相之间的相互作用力，定量研究纳米颗粒的受力对纳米润滑油对流传热和润滑摩擦性能的影响，分析纳米润滑油改善活塞环-气缸套对流传热与润滑摩擦性能的物理机制。