载人航天器舱内的流动换热及通风系统的研究对于航天器的正常运转非常重要,而目前载人航天器舱内的气流分布设计还存在着随意性,需要进行系统研究。本文以航天器工作座舱为研究对象,首先尝试引入数值模拟验证和检验的方法,分析不同湍流模型在微重力环境下座舱内对流换热的模拟结果,为选择合适的湍流模型提供参考。然后对大型航天器座舱较多采用的侧送风方式进行了优化分析,并对座舱内可能采用的其他送风方式进行了模拟,分析它们各自的特点和在航天器座舱内的适用性。接着对通风系统进行了轻量化分析。最后,对模拟中出现的气流分布不对称现象进行了原因和显著性参数的分析。首先,论文分析了舱内对流换热的微重力特点,建立包括紊流模型、辅助模型等在内的概念模型,确定数值方法。针对微重力环境下的舱内气流模拟中模型选择的不成熟和载人航天器通风系统对可靠性的特殊要求,尝试引入验证和检验的方法分析不同模型在微重力下对流换热的模拟效果,为选择合适的湍流模型提供参考。由于微重力条件下的舱内对流换热的实验数据不可得,采用热缩比技术将常重力下地面模型的实验结果转换成微重力下原形的相应参数,并用其对模拟结果进行检验。在分析载人航天器座舱温湿度、风速和CO2浓度要求的基础上,论文分析了座舱热湿负荷及CO2负荷。为评价各种气流分布方案的优劣,确定了航天器座舱气流分布的评价指标。针对目前大型载人航天器座舱多采用的侧送风的气流分布形式,采用正交试验理论和方差分析方法分析了气流形式、风口满布率、送风角度和送风量对通风气流分布各项性能指标的影响,寻求显著性因子和最适因子水平。经过综合分析,认为双侧风口交错布置的侧上送侧下回、满布率50%以及15°出风角度组合的侧送方案效果较好。然后,论文分析了单侧送风和在地面常重力下应用成熟的散流器送风、单风口集中送风的气流分布性能以及在载人航天器舱内的适用性。鉴于座舱空气流动缓慢造成的沉闷的感觉,提出了在座舱较固定的工作位增加工位送风,比较了有无工位送风时乘员附近的空气品质,认为工位送风可以在降低总风量的情况下保证乘员工位区较好的空气品质,符合轻量化原则。在分析载人航天器通风系统质量主要影响因素的基础上,以风管质量与功耗当量质量之和为目标函数,以风速和空间限制下的管道尺寸为优化变量,优化了双侧送风和单侧送风在特定布置方案下的系统质量,得到了最优的管道风速范围和管道尺寸,同时分析了系统质量随风量的变化关系。对双侧送风和单侧送风在其它布置方案下以及散流器送风的系统质量也进行了分析,比较了不同布置方案的管道系统质量,并分析了通风系统采用圆形管道时的系统质量。最后,针对模拟中出现的气流分布不对称现象,根据射流理论,结合数值模拟结果,通过分析Coanda效应在平面射流和集中射流中的作用,初步从理论上探讨了平面射流较集中射流易出现气流不对称现象的原因,并利用正交试验理论和方差分析法从宏观上分析了影响气流不对称度的主要因素。