本论文基于雷诺平均(RANS)方法和火焰面-反应进度变量(Flamelet-ProgressVariable)湍流燃烧模型，在准确考虑热物性变化和详细化学反应机理的基础上，建立了适用于超临界压力非预混湍流燃烧的数值模型。在进行充分模型验证的基础上，本文针对下一代可重复使用液体火箭发动机的研发，开展了甲烷-液氧(LOx)超临界压力同轴喷射非预混湍流燃烧过程的数值模拟研究。我们首先探讨了不同推进剂混合比（分别为1和3）情况下超临界工作压力(60-150bar)对甲烷-液氧非预混湍流燃烧过程的影响。结果发现，不同混合比情况下压力对火焰温度和结构的影响会有显著的不同。在推进剂混合比为1时，随着压力的升高，火焰变得更长，且火焰温度升高;而在推进剂混合比为3时，随着压力的升高，火焰长度则会变短。在超临界压力下，火焰沿径向有突然的扩张现象（特别是在60bar压力下）。这主要是与液氧物性在拟临界温度附近的突变所造成的拟沸腾现象有关，也会受到液氧喷射动量变化的影响。随后，我们进一步研究了甲烷的入口温度、喷嘴中的缩进深度以及燃烧室的内径（单喷嘴模型燃烧室）等参数对甲烷-液氧超临界压力非预混湍流燃烧现象的影响。结果表明，随着甲烷入口温度的升高，燃料和氧化剂的混合更好，火焰也会变得更短;随着液氧喷嘴缩进深度的增加，燃料和氧化剂可以更早地混合和燃烧，湍流火焰也会变得更短;随着单喷嘴模型燃烧室内径的增加，燃烧室中的径向流动得以加强，使得火焰长度变短;因此，通过适当控制这些参数可以控制燃烧室中火焰的长度及其温度分布情况。本论文的研究结果对甲烷-液氧液体火箭发动机的研发具有一定的基础理论意义和实际应用价值。