为了对发动机冷却中涉及的流动及传热问题进行研究，进一步揭示其微观机理，本文以某四缸汽油机作为研究对象，针对假定冷却液为单相流的冷流体流动问题、固－液耦合传热问题和冷却液两相流的沸腾传热问题进行了模拟计算和试验研究。对汽油机冷却水套进行CFD分析及结构改进。利用商业软件——FLUENT对水套初始设计方案进行计算，并对速度场、压力场、流量分配及传热系数结果进行分析，指出流场存在的问题。根据分析提出了三种改进方案，然后对改进方案进行计算、比较，最终确定较理想的水套结构，为传热计算奠定了几何模型基础。利用多模型计算试验，分析了分体式冷却水套中导流结构对流场分布的影响及规律。利用固－液耦合传热方法对汽油机的温度场进行模拟计算。采用整体—分部—装配的方法生成质量较高、适合两种不同区域特性的网格。缸内燃气传热边界条件利用经过试验验证的GT_POWER模型仿真给出，然后编写了UDF程序链接到FLUENT软件中，计算结果表明该冷却系统设计合理。建立发动机温度场测试试验台。对测点的布置进行了设计，讨论并比较了不同的热电偶封装方式，利用已有的数据采集系统及试验控制界面实现了可视化监控试验的效果。该试验台可以全面了解设计后的发动机实际工作时的温度情况，对模拟计算结果进行实验验证，同时考察冷却水套内局部区域是否会出现沸腾现象。以往的研究表明，发动机水套内部发生的是核态沸腾传热，因此本文采用了Chen模型和Franz模型对其进行研究，结果表明，Franz模型更适用于计算发动机内部发生的沸腾传热，冷却液内部气泡份额的分布从微观的角度揭示了该模型的传热机理。