● 摘要
高超声速飞行器的燃烧室壁热负荷非常高，常规空气冷却由于空气滞止温度过高无法采用。利用碳氢燃料进行再生冷却的主动冷却方式在对超燃冲压发动机进行冷却方面具有重要的应用前景。
但是，碳氢燃料在高温下会产生结焦。结焦是指碳氢燃料流动过程中会生成某些固体成分，并贴附在壁面，在壁面形成结焦层。结焦会对碳氢燃料的流动换热产生重要影响。
本文详细总结了碳氢燃料结焦的相关文献，深入细致分析了结焦的生成机理与过程及对流动换热产生影响的作用机理，提出了一个能够满足工程应用的结焦模型，并就其在流动换热数值模拟中的应用方法进行了探讨，并编制程序验证了部分算法的可行性。从而为碳氢燃料结焦计算提供了数值模型，为高超声速冲压发动机设计提供数值模拟支撑。主要得出以下结论：
1. 首次系统、完整地提出复杂结焦过程的机理描述：结焦过程分为贴壁结焦和空间结焦两个过程。贴壁结焦是化学反应过程，结焦母体生成的焦直接附着在管道壁面；空间结焦包括焦的产生和焦的迁移两个过程，前者是化学过程，后者是物理过程。贴壁结焦和空间结焦二者的总和就是实际壁面结焦量。
2. 针对上述过程进行了对应的完整的数学建模：贴壁结焦简化为便于工程应用的一步化学反应动力学问题，其中结焦速率计算采用Arrenius公式，部分参数需实验提供；空间结焦的化学过程通过一步化学反应动力学进行描述，物理过程则针对焦的扩散、沉积和粘附，分别采用不同的模型。
3. 提出了能将结焦影响引入数值模拟的计算方法：源项，处理化学过程导致的多组分流动中成分的变化；导热系数折算，处理壁面结焦导致的导热性能变差；网格变形，处理壁面结焦导致的流道变形；结焦自适应，用于分辨流向结焦峰值。
4. 编制了部分能独立运行的程序：网格变形程序和结焦自适应程序。