采用机载燃料作为冷却剂的再生冷却被认为是超燃冲压发动机主动热防护的最佳技术方案之一。相比于液氢燃料,碳氢燃料更容易储存且操作更安全,并且在冷却过程中可以通过裂解反应提供化学热沉强化传热,同时裂解生成的小分子烃类产物有助于提高燃烧效率。在此过程中,超临界压力下燃料热物性和成分的剧烈变化以及化学热沉的释放对其流动和传热带来影响,而传热状况的改变也会导致燃料裂解特性的变化。因此,超临界压力碳氢燃料在冷却通道内的流动换热是一个温度-流动-化学多场耦合的复杂过程,充分揭示超临界压力碳氢燃料反应流的流动传热规律及机理对于主动冷却技术的应用及发展具有重要意义。本文采用实验研究与数值计算相结合的方法,以超临界压力碳氢燃料流动、传热及热裂解过程为研究对象,开展相关研究。本文首先针对非裂解条件下圆管内超临界压力RP-3航空煤油水平流和竖直向上流对流传热开展实验研究,获得了不同进口温度、热流密度和质量流量下超临界压力RP-3传热规律,总结分析了超临界压力RP-3水平流与竖直向上流传热特征差异及机理。实验发现,水平流发生传热恶化时其恶化范围较大但壁温峰值低,而竖直向上流发生传热恶化时其恶化范围相对较小但壁温峰值高。分析认为,水平流内浮升力和热加速顺序影响传热过程,而竖直向上流内浮升力和热加速同时影响传热过程,不同影响机制导致传热特性存在差异。比较可知,竖直向上流发生传热恶化时,冷却通道壁面局部超温将更加明显。基于实验数据,建立了超临界压力碳氢燃料传热恶化临界热流密度预测关系式。针对竖直圆管内超临界压力RP-3的传热/热裂解特性开展实验研究,获得了 RP-3转化率、主要产物含量、产物烯烃/烷烃比值、热沉及传热系数等随热流密度和压力的变化规律。实验发现,随着热流密度的增加,出口处燃料转化率提高,但管壁出现传热恶化现象。分析认为,该处传热恶化现象主要由浮升力作用导致,且裂解带来的近壁面流体密度减小一定程度上增强浮升力作用;随着压力的升高,出口处燃料转化率提高,化学热沉减少。分析认为,升高压力抑制了烯烃的生成,产物烯烃/烷烃比值下降,因而化学热沉下降;裂解区传热特性同时受化学热沉和上游传热特性影响,其平均对流传热系数较非裂解区的提高约一倍;非裂解区内压力对传热特性的影响主要由燃料定压比热决定,裂解区内压力对传热特性的影响主要受燃料密度控制。基于上述实验测定了超临界压力下真实成分RP-3裂解反应动力学参数,结合实验中获得的热裂解特性数据,建立了适用于超临界压力RP-3深度裂解的两步总包反应动力学模型。基于此模型,研究了不同压力下超临界压力RP-3热沉分布,并采用压力的等价温度定量描述压力对裂解反应过程影响;基于反应活化体积概念,提出了一种通用的裂解反应动力学参数拓展方法;在此基础上,分析了裂解区内热沉释放特性以及运行参数（压力,质量流量和热流密度）对热沉释放特性影响,发现质量流量的改变影响燃料的热沉释放量但不改变热沉释放规律,热流密度的改变导致燃料热沉释放规律发生变化。在实验研究基础上,本文针对圆管内超临界压力RP-3反应流对流传热过程开展数值研究,考察了不同湍流模型（MK k-ε和SSTk-ω）和湍流普朗特数值（Prt,0.85、0.9和1）对超临界压力RP-3反应流对流传热规律的预测精度。基于最优湍流模型（SSTk-ω）和Prt（0.9）计算得到的径向物理场分布,探究了热裂解对传热的作用机制和影响规律。结果表明,一方面裂解反应提供化学热沉从而强化传热,另一方面燃料组分改变导致热物性变化从而引发径向各物理场发生改变,这一变化的宏观表现为增加了径向传热热阻从而削弱传热。当壁面发生传热恶化且壁温超过燃料裂解起始温度时,裂解主要发生在边界层内,以上两种作用机制相互竞争呈现出热裂解改善传热恶化作用。裂解区内,上述两种作用机制的竞争结果是热裂解强化传热,并且随着燃料转化率升高,裂解带来的强化作用先增大后减小。为了揭示超燃冲压发动机再生冷却通道内燃料流动与热裂解传热的耦合特性,本文针对单侧受热方形通道内超临界压力RP-3反应流的对流传热特性及流动传热机理开展了数值研究,获得了周向非均匀受热条件下通道不同传热特征区内二次流演变规律及其对裂解传热的作用机理。热入口段内,浮升力导致湍流强度增强,削弱了传热恶化;拟临界区内,浮升力对边界层发展的影响导致通道截面内出现局部传热恶化或强化,同时传热恶化处近壁面存在高转化率层;裂解传热段内,浮升力作用可以忽略不计,拐角处传热能力得到恢复。考察了不同受热侧对通道冷却性能的影响,发现相同热流条件下上壁面受热冷却通道的冷却效果相对较好,下壁面受热冷却通道的冷却效果最差,侧壁面受热通道的冷却性能居中。