高速飞行一直是人类孜孜不倦的追求,目前高超速飞行器中的发动机里主要进行的是超声速燃烧,而由于流体的速度过快导致燃烧的过程较为复杂,燃烧效率也较低,改进燃烧室的结构可以使流体在燃烧室内停留时间延长,进而可以增强燃烧。本文针对带凹腔结构的燃烧室进行超声速燃烧的模拟研究,凹腔结构作为近年来研究的热点,可以通过回流降低流体速率增强燃烧室内的燃烧过程。选用PaSR燃烧模型和RANS方法,利用开源软件OpenFOAM建立适用于求解超声速流动和燃烧问题的求解器,并进行了验证。首先对氢气在单凹腔燃烧室中超声速流动/燃烧进行模拟,通过对流场、入口条件、凹腔结构、喷口位置等角度进行分析。在冷流条件下凹腔内回流存在于后壁面,激波穿透边界层。燃烧条件下凹腔是燃烧的主要场所,且具有延迟性,燃烧过程从边界层到凹腔后壁面,再分别到延伸段以及凹腔内部进行稳定燃烧,激波无法穿透燃烧边界层。氢气入口温度越高,燃烧效率和总压恢复系数越高;空气入口温度越高,总压恢复系数较高,但是燃烧效率较差;氢气和空气的入口压力对流场没有太大的影响。凹腔长度越长、凹腔深度越深、凹腔面积越大燃烧效率也越高,总压恢复系数主要与凹腔的长度有关;固定凹腔面积,燃烧效率随长深比的增大而增大;改变凹腔前/后壁面的倾角对燃烧室燃烧性能影响不大。接着对氢气在不同种双凹腔燃烧室中的超声速流动/燃烧进行模拟,文中不同双凹腔结构包括串联、并联、非对称凹腔。串联凹腔的第二个凹腔是主要的燃烧区域,并联凹腔的上凹腔增强了蓄热。非对称凹腔下凹腔依然是主要高温区域,随着上凹腔与下凹腔水平距离的增大,温度下降。并联结构的燃烧效率和总压恢复系数最低,其次是非对称结构,串联凹腔相对最高。最后对单凹腔和双凹腔结构燃烧室的燃烧特性进行对比,双凹腔结构可有效提高燃料与空气的混合效率,凹腔的位置对混合效率的增长速率有影响。相同喷口位置和当量比时,凹腔的存在使总压损失较大,燃烧效率也比较高;当量比越大,总压恢复系数和燃烧效率越低;同侧喷口对流场影响相似,不同侧喷口对主流的干扰较大;喷口与凹腔在同侧可达到更好的燃烧效果。