近年来,伴随吸气式高超声速飞行器研究的蓬勃开展,燃烧加热风洞作为带动力地面模拟试验的主要设备,起到了关键的支撑作用,随着一系列大尺寸燃烧加热风洞陆续建成,与之相关的试验精度和不确定性分析也日益受到关注。燃烧加热风洞通过燃烧的方式一方面可以获得满足焓值要求的高超声速试验气流,但另一方面也会产生水蒸气、二氧化碳等污染气体。污染气体通过设备喷管进入风洞试验段之前,会沿喷管扩张段急速膨胀,该过程所伴随的温度陡降,可能会导致燃烧产物中的水蒸气发生急剧凝结,进而影响流场参数,降低风洞流场品质。此外,当喷管出口气流通过试验段飞行器模型压缩面时,由于激波压缩使温度与压强突然升高,凝结的水滴则可能发生再次蒸发等相变现象。因此,为全面评估水蒸气相变(包括凝结和再蒸发过程)对燃烧加热风洞试验结果的影响,本文采用同时考虑凝结和蒸发相变模型的多组分输运可压缩流动数值模拟方法,从喷管凝结和构型蒸发两个方面出发,研究了燃烧加热风洞中的水蒸气相变所产生的影响。首先考察了水蒸气相变对燃烧加热风洞喷管流场的影响。研究表明：一方面,水蒸气相变导致喷管出口参数偏离设计工况,如马赫数和总压下降、静压和静温上升等；另一方面,相变过程的不均匀性还会改变喷管流场结构,形成以凝结激波及其反射为主要特征的流场结构,导致喷管出口主要试验区流场均匀性下降。针对燃烧加热风洞逐渐向大口径、全尺寸模拟设备方向发展的趋势,选取了四种型线相似的喷管,出口直径分别为300mm、600mm、2400mm和5000mm,开展了尺度效应的影响研究。研究表明：随着喷管尺寸的增大,尽管液滴变得更大,但数量却在减少,因而凝结后总的液相质量差别不大,表明不同尺度的喷管具有大致相当的水蒸气凝结程度,尺度效应对喷管相变流场的影响并不显著。最后,研究了超声速来流条件下凝结气流再蒸发对典型压缩构型(二维斜劈、三维斜劈、圆锥和总压耙)流场参数及气动力的影响,结果表明：氢燃料燃烧加热风洞喷管气流中,水蒸气存在较为明显的凝结相变,但在遇到试验模型激波压缩后也存在较强的蒸发相变;凝结会使喷管流场参数发生一定偏离,但再蒸发效应又会使气流趋近理想状态,趋近的程度受到压缩程度的影响。本文计算条件下,喷管内水蒸气相变导致出口参数偏差达10%以上,但经过12度斜劈压缩后,流场参数以及表面气动力与无相变的理想状态相比,差异又恢复到5%以内,此时相变的影响基本可以忽略。