高超声速飞行具有巨大的军用和民用价值，高超声速飞行器研制的一大主要难点在于动力装置――――超燃冲压发动机的研发。由于超燃冲压发动机内部流场异常复杂，使得理论研究和样机研制都遇到前所未有的困难。而地面试验和飞行实验因各自的缺陷，难以满足大量而深入的研究需求。CFD数值模拟，作为一种日益成熟和完备的重要的流体力学研究手段和工具，具有对超燃冲压发动机内部流场的进行准确模拟的巨大潜力。本文从超燃冲压发动机内部流场的流动特征出发，抽象出高速湍流反应流这一描述此类物理化学过程的物理模型，在此基础上基于雷诺/法富尔平均的NS方程组，通过引入高效率的化学非平衡解算方法和新的考虑了湍流热量输运和质量输运的湍流模型，实现对于此类问题的更为准确而高效的计算模拟。通过新的数值方法和计算模型对若干具有超燃冲压发动机内部流动的典型特征的流动问题进行数值实验，验证了新的化学非平衡的求解方法的高效性；同时也体现出新的湍流模型对于湍流传热、传质上具有以往传统湍流模型所不具有的优势和特点。最后，本文还讨论了若干新兴的数值格式和计算模型，可见，它们对于今后高速湍流反应流的数值模拟具有巨大的潜力和应用价值。