吸热型碳氢燃料既有物理热沉,又有额外化学热沉,已被用来解决燃烧室高温带来的热防护问题,成为超燃冲压发动机技术的研究重点之一。碳氢燃料吸热裂解化学反应的发生将使燃料组分不断变化,影响燃料注入到燃烧室的状态及再生主动冷却系统的热管理性能与设计,准确预测组分变化对燃料的裂解吸热性能至关重要。本文针对超燃冲压发动机再生冷却系统设计对燃料反应模型的需求和热沉利用问题,以再生冷却通道内燃料的流动裂解为研究对象,开展了正癸烷热裂解和引发裂解的实验及模型研究、并分析了燃料化学热沉影响因素,主要研究工作如下:首先,利用同步辐射光电离质谱-分子束采样技术(Synchrotron VUV Photoionization Mass Spectrometry,SVUV-PIMS)结合流动管裂解实验装置研究了正癸烷、硝基甲烷以及正癸烷/硝基甲烷二元混合物在4、20和101 k Pa的流动裂解,分析得到32种组分的摩尔分数分布,其中不仅包含稳定产物,还探测到重要的不稳定中间体和自由基,为揭示正癸烷和硝基甲烷裂解过程,以及这两种燃料的相互作用提供了数据基础。基于实验结果建立了包含164种组分和726步反应的正癸烷热裂解详细反应动力学模型和包含266种组分、1648步反应正癸烷引发裂解详细反应动力学模型,模型很好地反映了各稳定组分及重要中间体的生成和消耗过程。通过生成速率分析和敏感性分析方法分析对正癸烷和主要组分起重要作用的自由基和反应,得到了正癸烷裂解反应路径,揭示了引发剂对正癸烷裂解和产物生成的影响机制。其次,鉴于燃料在冷却通道内通常处于超临界状态,而燃料在高压和低压、低浓度下的裂解产物有所不同,主要体现在前者有大量烷烃生成,因此利用电加热流动反应器对超临界压力下的正癸烷热裂解和正癸烷引发裂解进行了研究。正癸烷超临界裂解产物主要为正烷烃和1-烯烃,烷烃的总摩尔分数比例约为1/3,少量硝基甲烷的添加使正癸烷的初始裂解温度明显降低,且引发作用在正癸烷裂解率低于40%较为明显。基于实验结果、低压裂解模型及最新理论成果建立了包含271种组分和1863步反应的正癸烷/硝基甲烷超临界热裂解/引发裂解详细动力学反应模型。通过对实验结果及文献中实验结果进行模拟证明此模型具有良好的模拟精度。通过对正癸烷及主要产物进行生成速率分析得到了超临界压力下正癸烷消耗及主要产物的生成消耗路径,特别分析了C3以上烷烃的生成过程,并分析得到了硝基甲烷对正癸烷消耗和产物分布影响及其作用范围的原因,为燃料的工程应用提供了理论和模型基础。再次,燃料化学热沉受其裂解过程的控制,通过发展的超临界裂解动力学模型计算得到了正癸烷裂解化学热沉变化规律,并分析得到了各产物对化学热沉的贡献与产物选择性变化对化学热沉的影响。结果表明裂解率体现化学热沉的利用程度,而产物分布决定了化学热沉的利用水平。为分析反应对燃料裂解和化学热沉的影响,利用路径通量分析法筛选正癸烷/硝基甲烷裂解重要的组分和反应,得到了包含116种组分和679步反应的简化模型,并对正癸烷裂解率和化学热沉进行了敏感性分析,分析了模型中各基元反应对正癸烷消耗及其化学热沉的影响及产生影响的原因。最后,由于自由基的反应过程会受工作参数变化的影响,从而间接影响化学热沉的利用,因此对正癸烷超临界热裂解及引发裂解的化学热沉特性进行实验研究,分析了燃料质量流量及反应压力对正癸烷热裂解化学热沉的影响和引发剂溶度及反应压力对正癸烷引发裂解化学热沉的影响。利用模型对不同工况下的实验进行模拟,结果进一步验证了模型的可靠性,结合模型与实验结果分析得到了工作参数对燃料化学热沉的影响机制,为燃料化学热沉的合理利用奠定了理论和数据基础。