返回舱在返回地球的过程中与大气层发生剧烈的摩擦，产生大量的热量，巨大的动能转变成气体的内能，流场中气体的组分发生离解、复合、甚至电离等化学反应，这些化学反应会对返回舱周围流场参数产生重要的影响，是返回舱设计过程中必须考虑的关键因素。本文以类Apollo返回舱为研究对象，利用计算流体力学软件包对Navier-Stokes方程进行了数值求解，分析了热化学非平衡效应对返回舱的影响。本课题首先对不同的化学反应动力学模型进行验证，通过数值结果和实验结果的对比，发现Gupta和Park两种模型在激波捕捉和压力计算方面都能够与实验值匹配很好，但Gupta计算的返回舱壁面热流与实验值更吻合，而Park模型计算得到的壁面热流较小。并采用了三种不同的气体温度模型对返回舱进行了数值模拟，计算结果表明三种气体模型计算得到的压力几乎一致,完全气体模型得到的流场温度最高，双温度气体模型的流场温度次之，单温度气体模型的流场温度最小。本文还对返回舱在不同马赫数和小攻角下的流场进行了数值研究，计算结果表明，马赫数越大，返回舱的脱体激波距离越小，热化学非平衡现象越明显；攻角会影响壁面驻点位置，攻角越大，驻点越接近迎风面的肩部，且在迎风面区域，气体组分的离解比较剧烈，非平衡效应较明显。