超燃冲压发动机(Scramjet)是高超声速飞行器推进的理想动力装置,其具有结构简单、储运方便、稳定性好、不携带氧化剂、比冲大等优点,是一种具有广阔发展前景的技术,在航空航天和国防军事领域具有重要意义。在超燃冲压发动机的几大结构中,燃烧室是唯一的主动件也是最重要的结构。而燃烧室内壁面热流和燃气辐射传热对壁面热防护的优化设计和燃烧室内超声速燃烧的稳定性有着重要的作用。国外学者已经通过自定义求解器采用解耦算法对不同燃料超燃冲压发动机燃烧室内热辐射的作用及影响因素做了众多研究,其结果表明壁面辐射热流密度可达对流热流密度的33%。我国虽然起步较晚,目前也已在高超声速进气道、燃烧室内点火,高温下层流稳定流中对流与辐射的耦合等方面取得一定研究成果。然而对超燃冲压发动机燃烧室内热辐射的研究,尤其是超声速燃烧中燃烧与辐射耦合效应的研究仍比较薄弱。闭源商业CFD软件中模型修改困难,用户自定义函数只能有限的增加其求解功能,不能从源代码这一根本上完成燃烧和辐射的耦合。另外,商业软件通用性较强,灵活性和针对性则欠缺,对新模型(如SEF-PDF)投入应用所需时间也远长于自定义求解器。因此,本文基于开源OpenFOAM平台,建立了随机欧拉解法(SEF-PDF),并采用Fortran语言编写了二维P1模型及k-distribution谱带模型,耦合软件自带k-ωSST模型,得到所用自定义求解器,验证计算燃烧室内流动、燃烧、燃气辐射和壁面对流及辐射热流密度,并在燃烧与辐射耦合计算过程中考察辐射与燃烧之间的相互影响。采用文献中以氢气作为燃料的超燃冲压发动机燃烧室参数和计算条件,以燃烧/流动与热辐射解耦的方式模拟了流场和壁面热流,与该文献的结果(解耦)吻合较好,表明本文相关模型具有一定的可信度。之后,针对上述算例开展了燃烧/流动与热辐射的耦合计算,考察了耦合时热辐射对燃烧和流场参数及壁面热流的影响规律。通过解耦和耦合计算结果分析表明,解耦条件下壁面最大辐射热流密度可达600kW/m~2,壁面辐射与对流热流密度之比最大处可高达40%,但最大比值的位置与最大辐射热流位置不一定相同;采用与解耦计算完全相同的条件进行耦合计算后发现燃气最高温度降低近200K,这可能会影响到燃烧的稳定性甚至导致熄火;耦合计算中壁面最大辐射热流密度为570kW/m~2。利用耦合算法考察了燃料速度、燃烧室体积等因素对燃烧效果和壁面辐射热流密度的影响。由计算结果可知,随着燃料入射速度减半,壁面辐射热流密度降低了8%。燃烧室增大则热辐射的作用更加显著,比如体积增大到3.4倍,壁面辐射热流密度最大值增大42%。为了考察热辐射对点火的影响,采用乙烯为燃料,模拟带回流区和节流阀的燃烧室的流场、燃烧及热辐射情况。首先模拟了在不同节流阀高度下燃烧室内的流场,探究了节流阀在固定激波位置和强度、增强掺混方面的作用;同时与文献中实验结果比较,模拟所得不同节流阀高度下流场压强与实验结果吻合良好,进一步验证所建立求解器对流场模拟的准确性。采用耦合算法计算了节流阀高度分别为0和21.84cm时在0.2ms(点火阶段)流场内温度、压力、主要燃烧产物摩尔分布和上顶壁面辐射/对流热流密度。结果表明,节流阀具有增温增压、促进燃烧和稳焰的作用;虽然此时壁面辐射热流密度数值相对较小,但在节流阀附近已达到壁面对流热流密度的20%,辐射源项(Srad)在点火区域达3.0x10~5W/m~3,该结果表明耦合算法所得辐射源项对燃烧室结构优化以及点火设计提供参考。