高超声速飞行器的主动冷却问题随着飞行马赫数的提高愈发重要。作为主动冷却剂的航空煤油不仅是超燃冲压发动机的燃料，而且也可作为其重要部件的冷却介质，其冷却性能十分重要。因此，选择碳氢燃料的典型代表航空煤油作为冷却剂，对其开展管内流动换热特性研究，选题对于高超飞行器主动冷却系统的设计意义重大。首先，以高热流条件下航空煤油（大庆RP-3）为研究对象。在充分考虑相变吸热和裂解吸热作用的基础上，利用CFD软件Fluent对煤油在高热流条件下的管内流动换热进行了数值模拟研究，并与相同工况实验下的试验结果进行了比对和理论分析。利用汽化空间及拟沸腾分析了煤油在不同热流密度下的传热特性，同时分析了管内煤油压力、流速、进口温度等因素对煤油管内换热的影响规律。其次，建立三维传热模型，对不同尺寸冷却通道结构下煤油的对流换热特性进行研究。在保证冷却剂流量相同的情况下，研究冷却通道的几何参数（流道内壁、流道高度、流道宽度、流道间距、流道高宽比）对煤油冷却效果的影响，其结论可为再生主动冷却通道的设计提供参考。最后，利用Fluent软件对某型煤油－空气换热器的前排管阵分割单元进行换热过程的数值模拟，提取换热器单元管壁的热流密度值，通过编译管壁热流密度沿程变化的自定义函数UDF，赋予单管壁面热流密度条件，分析了管内煤油相变传热的特性，并提出了管壁材料的热防护措施。本文研究结果可为紧凑型高热流换热器以及其他相似热环境下的工作部件进行热防护的实际结构设计提供参考。