柴油机气缸套的空蚀是柴油机缸套失效的主要形式之一。近年来,随着柴油机功率的增加和高速、轻型化,缸套的空蚀越来越严重。气缸套空蚀已成为影响柴油机的工作可靠性与气缸套的使用寿命的关键问题之一。缸套空蚀和缸套冷却水空化流的流场特性密切相关。本文通过对缸套冷却水空化流数值模拟,揭示缸套冷却水空化流的流场特征和发展过程,分析冷却水流空化和缸套空蚀的影响因素,研究成果有助于柴油机缸套空蚀机理分析和改善缸套抗空蚀。本文基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)方法,应用动网格技术,采用水和水蒸汽两相混合流模型和Singhal提出的完整空化模型建立冷却水空化流的数学模型。针对TC231101-87型柴油机缸套冷却水腔建立二维和三维几何模型,对冷却水空化流进行非定常数值模拟。结合空化理论、射流和空泡溃灭理论,研究缸套振动对空泡发生、发展、溃灭的影响,揭示了流场特征的发展情况,分析了缸套空蚀机理。计算结果表明,缸套附近冷却水空化流的流场特征具有显著的周期性变化,其波动周期与缸套的振动周期一致。缸套附近冷却水流场特性分布不均匀,缸套中上部区域的压力波动剧烈,表现为脉冲压力,脉冲压力峰值达到约335kPa,此区域空蚀效果严重。缸套中上部区域附近水流压力波动引起气相体积组分剧烈变化,波动范围约为5.4%-0.4%,此局部水流空化效果显著。对缸套振动速度和缸套压力关系进行定量分析,揭示了当缸套振动速度较低时,脉冲压力形成以前,缸套压力与缸套振动速度满足线性关系,缸套振动加速度决定了压力变化率的大小；在脉冲压力形成过程,缸套压力与缸套振动速度呈指数关系。通过对计算结果与缸套空蚀的统计结果和试验数据比较,验证了数值预测的可靠性,表明数值模拟结果能够揭示缸套冷却水空化流流场特征的发展情况。定量分析了气缸套和冷却系统工况参数对缸套冷却水流场特性和缸套空蚀的影响。缸套振动频率和振幅增大30%,缸套压力和缸套振动速度的线性关系不受缸套振动特性的影响,但水流对缸套的脉冲压力作用效果受振动频率和振幅影响显著。速度和加速度是影响冷却水流场特性变化的主要因素。不可凝结气体质量分数对冷却水的空化和缸套空蚀有较大影响。不可凝结气体质量分数增大到10-4时,冷却水流的气相体积组分较高,明显抑制缸套的压力波动,缸套空蚀减弱。随不可凝结气体质量分数进一步增大,缸套的压力波动趋于平稳,冷却水流的气相体积组分显著增大。当水温从50℃升高到70℃,最大变形壁区的脉冲压力峰值均较高。水温升高到90℃,缸套压力波动明显缩小,此时缸套最大变形壁区气相体积组分峰值增大到9%左右。不同进口流速和流向条件对缸套壁的气相体积组分和脉冲压力影响较小。研究了不同湍流模型以及壁面函数对缸套冷却水空化流数值模拟的影响。对缸套最大变形壁区的压力和气相体积组分、缸套附近水流的空化位置、空泡群的形态和尺寸进行了分析。