大梯度剪切混合流动是火箭基组合循环(RBCC)发动机燃烧室中的主要流态。为提高这种液体燃料燃烧流场的数值模拟精度,本文在稳态层流火焰面模型基础上建立了火焰面时间尺度模型,为发动机性能CFD计算提供可靠方案。稳态层流火焰面模型的突出优点是实现了湍流流动与化学反应的解耦,能够将湍流与燃烧分别求解。然而,对于碳氢液体燃料大梯度剪切混合中的相对慢速燃烧区,稳态层流小火焰模型的局限性较为突出,导致计算结果与实验数据相差较大。为研究非定常化学动力学因素对层流扩散火焰的影响,本文利用FlameMaster求解器求解了非稳态航空煤油/空气层流对撞火焰,将其与稳态层流对撞火焰的计算结果对比后发现:在反应起始阶段,前者主要进行的是航空煤油中大分子量组分的分解反应,随后开始小分子量组分的快速化学反应。在达到化学平衡之后,非稳态层流扩散火焰的反应产物质量分数低于稳态解,化学反应区较厚。说明即使考虑了有限化学反应速率对燃烧的影响,稳态层流扩散火焰的控制方程仍然会高估化学反应速率与反应产物的质量分数。为提高对大梯度剪切混合燃烧预测的准确性,考虑非定常化学动力学因素对湍流燃烧的影响,同时保留稳态层流火焰面模型的优点,本文建立了火焰面时间尺度模型。该模型的基本思想为:液体燃料在高速流体中的燃烧可以模化为非稳态层流扩散火焰的系综,湍流燃烧由一系列嵌入在湍流流场中的非稳态层流扩散火焰表示。同时,燃烧完成度,即层流火焰的非稳态过程,由输运、耗散和化学反应动力学三部分的时间总和决定。在该模型中,湍流与火焰的相互作用体现为:大于化学反应区特征尺寸的湍流旋涡对非稳态层流火焰面进行随机输运;能够深入到反应区内部湍流旋涡减缓化学反应速率,此时湍流燃烧过程受化学动力学因素控制。为验证火焰面时间尺度模型对大梯度剪切混合燃烧的预测性能,本文基于OpenFOAM框架,开发了该模型的的求解程序,采用BFGS算法建立流场火焰面时间尺度与燃烧室进口边界和燃烧室关键几何参数之间的关系。随后采用RANS方法进行火焰面时间尺度模型的计算精度验证。结果表明:火焰面时间尺度模型能够从实验数据反推模型参数,较好地模拟了大梯度剪切流动下的复杂化学反应过程。在本文涉及的物理场景中,火焰面时间尺度模型的计算精度优于稳态层流小火焰模型,能够将计算误差控制在15%以内。