本文以超燃烧冲压发动机燃烧室内的火焰闪回及火焰传播现象为研究对象,结合实验观测、数值仿真与理论分析等研究手段对超声速燃烧火焰闪回诱发及火焰传播机制进行系统研究。首先对数值格式进行研究。介绍了一套定量评估激波捕捉格式特性方法,旨在避免传统方法中将格式应用到各类测试算例上逐个定性分析的弊端,获得激波捕捉格式在光滑区域波数空间上的传播特性、统一精度条件下计算效率及间断处激波捕捉误差等定量信息,为不同格式相互比较提供客观评价指标;应用以上分析方法对混合格式中的激波感知器进行系统分析,在此基础上发展性能更优的激波感知器;最后将新发展的激波感知器应用在高阶激波捕捉格式上,在保证激波捕捉能力条件下实现较高分辨率、较优计算效率和数值鲁棒性。其次针对预混燃烧问题,建立了火焰面/进度变量模型(FPV),验证结果表明,FPV模型比传统火焰面模型在流场形态和温度分布曲线结果中与实验值符合更好;进一步考虑压力变化影响,以够提高计算精度、降低数据库容量并缩减计算耗时。最后通过实验观测、数值仿真和理论分析等手段对超燃冲压发动机乙烯燃料等截面燃烧室内的火焰闪回诱发及火焰传播机制进行系统研究。实验从喷注和凹腔构型方面入手研究影响发动机稳定工作的因素,总结诱发火焰闪回现象的内在机理为:(1)凹腔下游较大低速分离区域为猛烈燃烧提供了有利条件;(2)射流弓形激波下游形成的高温、高压、低速区域有利于燃烧增强;(3)燃料驻留时间相对增长会提高燃料预混效率,为高强度燃烧提供保证;(4)较大凹腔长深比提升剪切层与主流之间的物质交换;(5)凹腔后缘形成的撞击激波作用于剪切层并使其抬升,其效果与边界层分离类似;(6)靠近凹腔的氮气喷注形成较强逆压梯度,为火焰闪回提供驱动力。从高速摄影和纹影图中观察到边界层与火焰的强烈作用导致边界层逐渐分离从而形成热力学喉道,造成主流壅塞而诱发火焰闪回现象。在此基础上开展大规模数值仿真,揭示了凹腔下游边界层为火焰闪回的敏感区域,温度波动是火焰闪回的敏感参数。数值仿真中多种因素可以诱发火焰闪回现象,如增加湍流边界层、增加热力学扰动、改善凹腔下游的局部混合效率等。在这些因素的作用下,边界层与火焰的强烈作用使得边界层逐渐分离并占据主流,从而形成热力学喉道并诱发火焰闪回现象。建立了火焰闪回诱发机制模型,通过分析三种无量纲参数影响有效解释了实验与数值仿真中诱发火焰闪回的内在机制:初始温度波动,扰动驻留时间和系统内总体释热量的改变会显著影响燃烧系统的稳定性,当热力学扰动变化范围超过某一阈值时,小扰动便以指数级放大最终诱发火焰闪回现象。