基于吸热型碳氢燃料的再生冷却技术是一种应用于超燃冲压发动机的有效热防护手段，但同时它也面临着严峻的科学问题。在冷却通道内，随碳氢燃料吸热升温，将会产生相变甚至裂解反应，这使得流动的物理及化学过程变得十分复杂，甚至可能会导致流动失稳以及传热恶化等现象。尤其在并联管道系统中，局部扰动经流动反馈后，形成影响系统安全的不稳定流动。因此，讨论超临界碳氢燃料的传热与不稳定流动特性对冷却系统的设计及优化具有重要意义。

针对超临界冷却通道中，碳氢燃料的流动不稳定问题，分别发展了用以研究特征曲线基本特性的准稳态方法、解析完整失稳过程的瞬态模拟方法以及预测管流稳定特性的频域方法。基于充分验证后的方法，依次讨论了特征曲线在各种条件下的稳态特性以及瞬态特征，进一步研究了并联管道中的不稳定流动，以及流动失稳的控制方法。本文的主要研究内容可以归纳如下：

1. 基于同位网格存储的压力基算法，发展了解析流动失稳过程的瞬态模拟程序。该算法应用一步总包动力学模型来描述裂解反应，采用查表插值法快速计算流体物性，其预测结果与实验吻合较好，且具有较高的效率和精度。
2. 基于物性近似和有限体积法，简化并解耦了N-S方程，推导了能够表征非线性流动的降阶模型，并基于小扰动理论，进一步发展了预测管流稳定特性的频域模型。通过求解降阶模型的雅阁比矩阵，分析了系统特征值，并判定了系统的失稳类型。同瞬态结果相比，展现了较好的一致性。
3. 基于准稳态的压降多项式，推导了用以描述稳定边界的无量纲方程，并基于该方法在稳定相图中识别了管道的失稳区间。同时，利用该方法参数化地讨论了各类因素的影响，研究表明仅仅增加壁面热流不会改变无量纲空间内的稳定区域，提高工作压强或者入口温度可以增强冷却通道的稳定性，采用轴向增大型的热流分布同样有助于增强系统稳定性。
4. 基于瞬态模型模拟了管流的失稳过程，并讨论了压强、入口温度以及外部驱动力等方面的影响，并通过频域模型检验了上述结论。结果表明，在气相区的正斜率曲线中，存在多种流动类型。随管道流量降低，管流的动态流动，依次由稳定流动，转为等幅振荡，从左支曲线振荡至右支曲线的流量漂移，以及低频大振幅的流量振荡。增大工作压强有助于增强系统稳定性，而提高入口温度将会使管流的动态不稳定流动更加容易触发。
5. 基于瞬态模拟和频域方法，讨论了并联管道系统的稳定特性，同时考虑了热流偏差对流动稳定性的影响。在瞬态模拟中发现存在稳定流动、流量漂移、稳定极限环以及不稳定极限环等多种现象；增大热流偏差可以改善管道系统在负斜率区附近的多值现象。进一步地，在三通道以及四通道系统中讨论了管流的稳定特性，由于负斜率区的产生顺序不同，加剧了流量偏差的多样性，并在瞬态模拟中观察到新的动态振荡类型。
6. 探索了主/被动控制方法在不稳定流动中的应用。首先，讨论了被动控制方法在动态不稳定流动中的作用机制，并总结了影响规律，增大液相段产生的压降可有效提高管流稳定性，而增大气相段的压降占比则容易诱导动态流量振荡。接着，探索了主动控制方法对动态不稳定流动的控制效果。通过破坏振荡周期内的原有自持反馈，有效地降低了流量的振荡幅度。尤其，采用以进出口流量差所构造的附加压降，能够使振荡流动快速响应，转变为稳定状态，表现出较高的效率。