采用吸热型碳氢燃料作为冷却剂的再生冷却可以有效地解决超燃冲压发动机的热防护问题。通常用于流量测量的差压式流量计和用于壁面冷却的冷却通道是再生冷却系统的重要组成部分。然而,碳氢燃料在壁面振动条件和拟临界区存在不稳定流动换热现象,对冷却系统安全运行造成严重危害。因此,开展碳氢燃料不稳定流动机理研究、不稳定流动失稳过程研究、热端通道中不稳定流动换热动态特性研究、以及外部振动对不稳定流动换热影响研究,是实现高效热防护的理论和技术基础。本文围绕以上问题开展研究如下:由于碳氢燃料在差压式流量计中处于常温状态,在冷却通道中处于高温状态,因此用“冷端节流通道”代表差压式流量计,用“热端通道”代表冷却通道。通过本文冷端节流通道振动实验和热端通道电加热实验,表明外部振动会引起冷端节流通道不稳定流动现象,高温碳氢燃料在热端通道存在不稳定流动换热现象,按照外部振动及热流诱导对不稳定流动现象进行分类:外部振动诱导时,采用三维节流通道流动数值模型,研究了外部振动条件下碳氢燃料在节流通道中不稳定流动机理。不稳定流动具体体现在喉部两端压差的不稳定,导致流量测量出现周期性变化。通过稳定流动流场和不稳定流动流场研究,分析了雷诺数和振动强度对不稳定流动的影响。研究表明,管道振动方向和流动方向一致时,流场分布发生周期性变化,从宏观现象分析,即回流区和主流区发生周期性移动,从而引起喉部两端压差的变化。对于轴向振动引起的不稳定流动,入口雷诺数、振动强度会影响回流区的运动,从而影响到流动不稳定。当管道振动方向和流动方向垂直时,回流区在振动方向上没有移动空间,因此不会发生不稳定流动现象。热流诱导是指小流量碳氢燃料在传热过程中出现的温度不稳定和大流量碳氢燃料在加热过程中压力不稳定现象。对于小流量不稳定流动,亚临界压力条件下沸腾振荡会诱导沸腾空间轴向运动;近临界压力条件下热声振荡壁面温度会大幅度下降而且不发生波动,主流温度波动幅度线性增加,导致沿程换热系数波动很大;超临界压力条件下不稳定流动会强化换热。对于大流量不稳定流动,很多因素比如质量流量、压力、热通量、入口流体温度、加热功率以及流体质量与管壁质量之比等都会影响失稳的动态过程。每个参数在动态过程中的相互作用是一种非线性关系,这种关系的变化先于压力信号幅值的变化,而且这两者之间存在时间差。通过研究发现利用小波熵方法可以在压力时间序列的幅值变化之前检测到失稳过程,通过递归复杂网络方法分析了失稳过渡区域与稳定区域和不稳定区域。进一步分析了外部振动对热端通道稳定流动换热和热流诱导不稳定流动换热的影响。对于稳定流动,亚临界压力条件下外部振动对液相燃油换热无影响,对气相换热有影响;近临界压力条件下外部振动对亚临界温度区间的燃料影响很小,但是会导致跨临界温区燃料传热恶化;超临界压力条件下只有当油温处于临界温度以下,内壁温处于临界压力以上时,外部振动才会强化热端通道换热。对于热流诱导不稳定流动,外部振动会导致亚临界沸腾振荡的气液两相部分传热恶化;近临界压力条件下高频振动会抑制热声振荡,使温度波动幅值变小;超临界压力条件下,振动会抑制超临界流动不稳定并强化换热。