随着飞行马赫数的增加,高超声速飞行器的发动机燃烧室承受着燃料超声速燃烧所产生的极高热量,大大增加了飞行器发动机零部件的热负荷。因此,急需发展更为有效的热防护技术以防止发动机高温部件被破坏。而再生冷却技术不仅使得发动机燃烧室壁面得到冷却,延长了发动机使用寿命,同时也提高了燃料燃烧的热效率,具有较大经济效益。对超临界压力下RP-3航空煤油流经竖直圆管的流动与换热特性展开了实验研究,分析了入口温度、质量流量和压力对航空煤油换热的影响。实验发现,在超临界压力下,由于主流流体与近壁面流体温度梯度较小,换热系数在拟临界温度附近出现峰值。且流体入口温度的提高并不能显著的改变管内流体的换热能力,但却可以决定换热分布的位置。而随着系统压力的升高,流体物性变化趋于平缓,管内流体在拟临界温度附近的换热系数峰值也随之减小。质量流量的增大能有效的提高管内局部对流换热系数,对于拟临界温度区域换热系数的提升更为明显。入口温度和压力的变化所带来的浮升力和热加速影响对于微小管径可以忽略不计,但对于低质量流量工况下,燃油在管道内的径向温度梯度过大,密度差过大,由此产生的浮升力影响较为明显。针对实验研究结果,通过数值仿真模拟其在光滑圆形管道内的流动传热情况,对比相同工况下实验结果与仿真结果的差异,并通过设置人为粗糙元来探究不同部位、不同形状、不同高度比的粗糙元对流体换热的影响情况。结果表明粗糙元的加入能够显著的改变管内的流场分布,近壁面粗糙元附近出现回流区,破坏了正常发展的粘性底层,层流底层变薄,降低了流体与壁面之间的热阻,增强了热传导。同时回流区的出现使得湍流强度增大,流体掺混更加强烈,降低了径向密度梯度与温度梯度,强化了换热。相比于其他部位、形状、高度比的粗糙元,全管道、梯形、高度比为4/5的粗糙元结构,综合强化换热效果更好。