对于流固共轭传热结构,换热效果不仅取决于流道内流体与固体材料的热属性,还会受到流道形状、流速等流动特性的影响。在流体拓扑优化发展成熟之前,换热结构的优化设计往往局限于尺寸优化或形状优化,为了能够从根本上出发改善流道冷却性能,提高优化效率,需要利用热流拓扑优化对流道结构进行设计。由于工程中的真实流动状态大部分都是湍流,而使用湍流进行拓扑优化设计计算量大,不符合概念设计阶段快速模拟和低周转时间的要求,因此需要寻找合适的替代模型进行拓扑优化设计。首先,本文实现利用达西方程模拟无粘流进行冷却流道的优化设计,研究了进行优化设计时渗透率设置与压降约束设置方法。同时使用N-S方程描述层流流动进行冷却流道设计,从优化方法适用性、收敛速度、得到结果的构型等角度对两种方法进行对比,验证了使用达西模型模拟无粘流在初始概念设计阶段作为湍流流动的替代进行冷却流道设计更适用于工程实践、更具有指导意义。在利用达西模型实现冷却流道拓扑优化的基础上,本文提出了基于超燃冲压发动机再生主动冷却系统建立拟三维物理模型进行流固共轭传热结构拓扑优化方法。将热源加至冷却流道下方的底板,由于底板与流道固体域之间为接触换热,底板与冷却流之间为对流换热,因此通过设计变量在对流换热系数与金属接触热阻之间插值来模拟流道底板与冷却流道之间由于材料分布不同而导致的这种非均匀热量输入。通过数值算例证明了方法的适用性,并讨论了压降约束对得到流道构型的影响。对拓扑优化得到的拓扑构型和现有规则流道构型进行三维建模,验证了相对于规则流道,拓扑得到流道结构在降低平均温度和减少流动损失方面的性能都得到显著提升。