超燃冲压发动机的热防护问题是制约其发展的重要因素,严苛的热环境对飞行器的材料和飞行安全带来巨大挑战。主动再生冷却技术具有吸热能力强、结构简单、燃烧效率高、可循环利用等优点,在热防护应用中拥有显著的优势。主动冷却技术采用机载燃油流经布满小通道的热表面以起到高效冷却,燃料在冷却通道内极易产生流量分配不均和流动不稳定现象,从而严重影响换热效果。总结学者们对于流动不稳定现象的研究成果发现,对于碳氢化合物在跨临界条件下的静态不稳定特性和其中的传热过程研究尚不充分。本文采用实验手段,对单通道条件下跨临界碳氢化合物的静态不稳定及传热特性进行了研究。首先以环己烷为工质,探究流向对于静态不稳定的影响,为后续进一步探究静态不稳定与传热的耦合特性提供理论基础。选取了向上、向下、水平三种流向,对水动力学特性进行研究。实验结果显示:超临界流体在水平与竖直管路中均存在水动力学特性;水动力学特性更易出现在水平管路中,即水平管路更易发生静态不稳定现象。这是由于径向浮升力对热边界层的影响,使换热过程被显著影响;得出了超临界条件下适用于水平管路和竖直管路的流动不稳定起始点的预测公式,表明吸热能力、几何结构和浮升力存在强相关性。其次,选取更易发生静态不稳定的水平管路,以环己烷、正戊烷及其二元碳氢混合物为研究对象,探究纯物质与混合物在跨临界条件下的水动力学特性和换热特性。实验结果显示:混合物的水动力学特性的基本规律与纯物质一致,随着更易挥发工质比例的升高,静态不稳定更容易发生;对于其中的换热过程,不论是亚临界还是超临界压力,换热过程一致,但是换热极值不同,极值的出现与流动不稳定起始点有对应关系;混合物的换热能力普遍比纯物质差,这是由于易挥发物质引起的传质阻力阻碍换热过程。最终,通过可视化实验,揭示出纯物质与混合物的流型流态以及演变规律相似,由于混合物的物性介于两种纯物质之间,其流型流态也介于二者之间;流型在流动不稳定起始点附近的转变也佐证了水动力学特性曲线与换热现象之间具有耦合关系;获取了用于预测亚-超临界压力下,二元混合物的静态不稳定起始边界的无量纲关联式。