发动机受热件的热负荷对于发动机的开发设计及使用寿命有着重要意义,随着发动机功率的日益提升,发动机热负荷同样也大幅度提升,组成燃烧室的受热件长期承受高温载荷,会对材料的机械性能和抗变形能力产生极大的影响,从而产生热疲劳直接影响发动机性能。其中主要的受热件包括活塞、缸套和缸盖,因此本文主要针对这三个受热件建立热流固耦合模型,并在此基础上展开分析与改进设计。本文首先开展了活塞热负荷影响规律研究,建立两相流振荡换热和固体温度场耦合分析模型,利用流场、固体场温度边界的耦合迭代映射消除初始边界条件误差,获得精度较高的活塞温度场分布,并通过硬度塞测温实验进行了验证。基于该模型研究了活塞热负荷的影响因素,认为缸内空燃比的增加或是喷油的延迟均会减小活塞整体温度,活塞冷却内腔的填充率会随着发动机转速的增加或是冷却机油喷油速率的降低而下降,且填充率越高并非冷却效果越好。其次,建立了缸套-活塞活塞环润滑模型,通过分析缸套热机耦合变形特征方程,研究了缸套变形对机油消耗量、磨损等发动机性能的影响。结果表明缸套二阶变形量占比较大,随着变形的增大,窜气量、磨损量均增加,油膜厚度整体的变化幅度较小,而机油消耗量则是先增大后减小。在此基础上对原机的冷却边界进行了优化,使得缸套变形量减小,从而减小了活塞窜气量和机油消耗。最后,建立了缸盖的热流固耦合模型,并对其高低周疲劳寿命进行了分析。结果表明,缸盖低周疲劳的安全系数偏低,由热负荷产生的低周疲劳往往是导致气缸盖失效的主要原因。