发展清洁能源是应对能源危机与气候变化的重要举措,氢能由于具有能效高、来源广、无污染等优点而受到广泛关注。然而,氢气也存在着难以液化、易于着火、扩散极快等诸多不利于储存运输的缺点。高压氢气泄漏可能导致的扩散自燃现象,更是对储氢安全构成巨大威胁,严重制约氢能经济发展。掌握高压氢气泄漏自燃特性、发展泄漏自燃风险抑制手段迫在眉睫。此外,掺氢技术作为燃料燃烧性质调整的重要手段,其应用日渐广泛,但高压富氢燃气的泄漏自燃风险也尚不明确。本文利用数值模拟和实验相结合的方法对高压氢气、富氢燃气泄漏自燃过程的激波及反应流特性展开研究。本文主要工作及成果如下:在高压燃气泄漏自燃过程中,高强度激波与复杂化学反应、极小尺度热质输运三者间的强耦合给数值计算带来了巨大挑战。为实现对强间断激波演化过程的准确描述、对燃料/空气混合层内输运-反应耦合关系的高精度解析,本研究利用WENO（weighted essentially non-oscillatory）激波捕捉算法、ERENA（extended robustness-enhanced numerical algorithm）化学反应加速算法、强制稳定性龙格库塔法SSPRK3（third order strong stability preserving Runge-Kutta method）、自适应网格、浸入边界等数值方法,自主研发了一套二维瞬态可压缩反应流模拟程序SURMS（supersonic reacting-flow modeling system）。针对爆轰波形成、层流火焰传播、Schardin问题等过程的数值模拟结果表明SURMS程序对激波作用下的反应流问题具有较高的数值计算精度,为高压氢气及富氢燃气泄漏自燃特性的研究提供了有力工具。以SURMS数值计算程序为基础,本文分别对受限空间和开放空间中的高压氢气泄漏自燃过程进行了模拟,并结合实验研究了激波发展、扩散层传播、火焰结构、热释放分布以及关键反应路径等自燃反应流特性。对受限空间内泄漏自燃的研究结果表明:高压氢气泄漏所产生的高强度激波对其自燃的发生具有决定性作用,而激波反射、壁面边界层效应并非是自燃发生的必要条件;泄漏自燃总是起始于靠近空气侧的高温高压贫燃区域,且在混合层内形成多种类型自燃火焰;H+O2＜=＞O+OH链分支反应与H+O2（+M）＜=＞HO2（+M）链终止反应之间的竞争是决定泄漏自燃火焰结构、着火延迟时间的关键。对工程实际中更为常见的开放空间内泄漏自燃过程的研究发现:高压氢气在开放空间中泄漏后,将形成正激波和半球型衍射激波;由射流剪切层失稳而形成的大尺度涡旋大幅提高了当地氢气/空气的混合速率,但由于衍射激波后方的混合气温度过低,该位置难以发生自燃;高压氢气泄漏至开放空间中引起的自燃起始于超声速氢气射流中心,而后沿燃料/空气混合层向射流两侧传播;H+O2+M＜=＞HO2+M、H2+OH＜=＞H+H2O、H2+O＜=＞H+OH、H+O2＜=＞O+OH、H2+O2＜=＞H+HO2是决定高压氢气泄漏自燃过程中热量积累速率的关键基元反应。为揭示高压富氢燃气泄漏自燃反应流特性,基于黎曼问题理论解,提出通过降低下游空气压力来获得高压力比燃气泄漏自燃过程的等效实验方法,并在其基础之上设计和搭建了高压比燃气泄漏自燃实验台。通过大量的高压比富氢燃气泄漏自燃实验以及高精度数值模拟发现:燃气成分和激波马赫数是决定燃气泄漏自燃发生与否的关键;在高氢气浓度的富氢燃气中,其他低活性气体对H自由基的反应路径带来了显著影响,而对H2自身的反应路径影响不大。为探索高压燃气泄漏自燃的抑制手段,基于物理化学性质可自由调整的虚拟燃料方法,以高压CH4/H2泄漏自燃过程为基础,利用SUMRS程序从激波后空气温度、燃料反应活性、扩散-反应耦合关系等方面揭示了低活性气体掺混方法提高储氢安全性的内在机制。研究结果表明:低浓度CH4掺混（体积分数为3%）便可显著增加泄漏自燃延迟时间（6～7倍）;掺混极大地减弱了泄漏所产生的激波强度,降低了火焰锋面处自由基的积累速率;掺混抑制高压氢气泄漏自燃的关键在于其提高了混合燃料的摩尔质量以及增大了燃料/空气混合层内自由基的输运损失。综上,本文自主研发的高精度CFD模拟程序SURMS为研究高压燃气泄漏自燃过程中的激波及反应流特性、探索高压燃气泄漏自燃抑制方法提供了数值分析工具;对高压氢气及富氢燃气泄漏自燃关键路径、激波-扩散-反应相互作用关系等特性的揭示有效促进了对高压燃气泄漏自燃本质的认识;提出的等效泄漏自燃实验方案为获取超高压力燃气泄漏自燃实验数据提供了新的有效思路;所获得的高压氢气、富氢燃气泄漏自燃特性为发展高压燃气安全储存技术提供了理论依据。