“热障”问题是制约高超声速飞行器发展的关键因素之一,现阶段热防护设计思路是采用耐温等级高、基体抗氧化的热防护材料,但是面对未来更大射程、更高速度、更长时间的战略需求,热环境将变得更加严苛,目前的防隔热材料性能已用到极限,亟需一种有效的热防护技术解决这一难题。发汗冷却技术拥有极高的冷却效率,通过冷却工质相变耗散,能有效的降低长时间飞行进入飞行器内部的热量,被认为是最有潜力解决未来高超声速飞行器热防护难题的技术之一。关于发汗冷却的早期研究中,更多关注的是一维、稳态、无相变的简单情况,有关液态水在多孔介质内部流动、相变的数值研究很少,针对此问题,本文利用COMSOL有限元软件实现了液态水相变发汗冷却的数值模拟,对瞬态条件下一维和二维的多孔介质流动与传热规律进行了研究,完成的主要工作如下:首先,总结和分析了多孔介质发汗冷却中的流动和传热理论。列举了多孔介质微细观结构的特性参数,评价这些参数对多孔介质内流动和传热的影响。梳理了发汗冷却理论中的流动和传热数学模型,讨论每个模型所适用的条件。对比了现有的相变模型,提出模型中的缺陷并结合COMSOL有限元软件改进了相变模型。其次,对一维瞬态发汗冷却过程进行了研究。基于局部热平衡模型,探讨了液态水发汗冷却的瞬态特性,得到了发汗冷却初始阶段的演化特性,并分析了热扩散系数、热流、质量流率对发汗冷却流动与传热的影响。基于局部热非平衡模型,分析了对流换热系数对局部热非平衡效应的影响,得到了不同量级对流换热系数下的发汗冷却特征,并与局部热平衡模型的结果进行了比较,结果表明低对流换热系数下固液两相温差较大,局部热非平衡效应明显。采用多孔陶瓷液态水发汗冷却试验进行验证,数值模拟结果和实验数据吻合较好,表明本文所使用的理论模型和数值模拟方法可以用于液态水相变发汗冷却过程的数值模拟。最后,采用二维平板模型研究了热端表面非均匀热流密度和压力分布下液态水的发汗冷却过程。分析了外界环境的非均匀性对二维平板的温度响应、压力分布、冷却剂相变和输运特性的影响,结果表明非均匀环境条件会导致平板内冷却剂严重分布不均,局部出现高温,发生了“传热恶化”现象。