随着我国大运载火箭的研制与应用，对地面导流设备设计有效的热防护方案是保证发射成功的关键因素之一。采用向燃气流注水方式实现降温目的是最直接有效的方案，并且在国外航天发射场中得到了广泛的发展与应用。采用注水降温方案，关键是对注水方式和注水参数的设计与优化。实现这一技术途径首先需要对注水降温的机理有清晰的认识。本文以大推力运载火箭发射为背景，通过建立缩比模型，利用数值计算和试验研究对液态水与燃气射流的相互作用过程和降温效果进行了深入研究，主要工作包括以下几个方面：1、通过对液态水汽化机理的研究，编制了液态水汽化吸热程序，在Mixture多相流模型基础上，建立了多组分气液两相流非定常计算模型，得到了三维流场分布结果。并通过试验方法对自由射流和注水燃气流场进行了研究，将测试结果与数值计算结果进行对比可以得到：所建立的模型具有较高的计算精度和可靠性，能够准确地对物理现象进行数值研究。在上述计算模型的基础上基于有限速率化学反应模型对燃气流场的复燃现象进行了模拟，结果表明：对于自由射流考虑复燃，流场边缘温度有明显升高，但对于注水燃气流场，由于生成的大量水蒸气包裹住燃气流，在一定程度上隔绝了燃气流与外界空气的接触，复燃对流场仿真结果的影响较小。2、通过研究注水总量不变的双注水管条件下，水流流速对燃气流场结构和降温效果的影响，得出水流的冲击会导致燃气主流出现压缩变形和分叉两种流动现象，在未达到分叉效果之前，燃气主流轴线温度随着注水总动量的增加不断下降，两者之间呈指数关系变化；在主流分叉的临界状态下，降温效果最佳。在主流出现分叉流动后，通过同时调节注水总量和水流流速，进一步研究了注水与流场降温之间的规律，得到了燃气主流随注水参数的增大会出现二次分叉现象，降温效果也有一定程度的改变。3、通过研究在单喷水管注水参数不变和注水总量不变两种条件下，喷水管数量与流场结构和降温效果之间的变化规律，结果表明：在单喷管注水参数不变的条件下，改变喷水管数量，主流轴线温度变化与注水动量之间也具有指数变化关系，但递变规律发生了明显变化，轴线温度随注水水总动量的增加呈上升趋势；采用较小注水总量并保持不变的条件下改变喷水管数量，对燃气主流结构和降温效果没有产生明显变化。4、研究了对燃气主流结构改变较小的四喷管注水降温效果，在此基础上针对流速和流量进行优化设计。结果表明：保持喷水管出口截面积不变的前提下，注水降温效果有所不同，采用较小注水量实现对燃气流表层的降温，在大流量注水工况下，实现对燃气核心区和表层的同时降温，并且降温效果受注水参数的影响较大，通过优化设计，可在满足降温要求的同时减小注水总量。5、针对优化设计结果，通过数值计算与试验方法对加装导流槽后的注水降温效果进行了研究，并对导流槽的排导通畅性进行分析。在此基础上，应用动态分层法更新流场网格，以模拟火箭起飞阶段注水降温变化过程，结果表明：采用注水方式对燃气流场降温使导流槽表面受到的高温烧蚀作用明显降低，在冲击中心温度值由未采用注水降温方案的900K下降到500K，导流槽内气流整体温度也明显下降，在导流槽出口温度由600K降低到400K，并在火箭起飞阶段基本保持不变。但由于大量液态水汽化引起流入导流槽内气体总量增加，降低了导流槽的排导通畅性。