内燃机作为重要的动力装置,已经广泛应用于工业、农业、船舶、交通运输等各个领域,但随着日益严格的排放法规以及更高燃油经济性需求,需要不断提高发动机的热效率,进而需对缸内工作过程进行不断强化,这必将会使发动机缸内温度逐渐升高,从而导致与燃烧室直接接触的运动部件（活塞）承受到的热负荷加剧。特别是随着内燃机强化程度更进一步的提升,传统活塞冷却方式已无法满足活塞的冷却需要。为此,本文从冷却介质着手,将纳米流体应用于内燃机活塞底面喷射冷却过程,利用纳米流体高效传热特征,从而可以在不改变内燃机原有活塞冷却方式下,进一步强化活塞冷却。而为尝试将纳米流体用于内燃机活塞底面喷射冷却,需要探索纳米流体在活塞底面冲击射流换热过程的基本特性。为此,本文主要开展了以下几个方面的工作:1)利用“两步法”制备了不同浓度的SiO₂-水溶液和Al₂O₃-水溶液。通过对制备好的纳米流体溶液进行取样,静止放置,结果表明其具有较好的悬浮稳定性。并利用透射电镜实验,测量了纳米颗粒的分散性、粒径和颗粒形状。2)为模拟内燃机活塞底面冲击射流冷却过程,设计并搭建了模拟活塞底面喷射换热实验台。3)利用模拟活塞底面喷射换热实验台,先以去离子水和不同浓度的SiO₂-水溶液为冷却工质进行冲击射流换热实验,研究了纳米粒子体积分数、冲击角、射流高度、喷射Re与射流冲击换热系数之间的关系,并获取了不同工况下换热面达到温度稳定时的径向温度分布。结果表明:相同条件下,纳米流体冲击换热系数明显高于去离子水冲击换热系数;纳米流体体积分数、冲击射流高度、冲击射流角度对换热系数的影响,呈现非线性分布;冲击射流雷诺数对换热系数的影响,呈现线性分布;冲击射流高度、冲击射流角度以及雷诺数对换热系数的影响规律中,纳米流体与去离子水较为一致,同时在每个工况稳态换热条件下,壁面径向温度分布也较为一致,表明纳米颗粒添加并没有对冲击换热过程中的流动造成大的影响;同时,结果还表明冲击射流换热过程存在最佳换热工况。在此基础上,针对最佳换热工况,以相同浓度的Al₂O₃-水溶液、SiO₂-Al₂O₃-水溶液进行实验,结果显示雷诺数较小时,SiO₂-Al₂O₃-水溶液换热效果最好;随雷诺数的增加,Al₂O₃-水纳米流体作为金属氧化物纳米流体,其射流冲击冷却能力急剧提升;表明不同纳米粒子自身的热物性对纳米流体的冲击射流换热特性有重要影响。4)依据实验数据,对已有经验关联式进行修正,提出针对本实验射流高度、冲击角、纳米流体体积分数等条件下,模拟内燃机活塞底面射流冲击冷却过程的拟合经验关联式。结果显示拟合后的实验关联式具有一定的可靠性。