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随着我国经济的持续高速增长，能源短缺对经济发展的束缚越来越突出，能源安全形势令人担忧，环境保护压力凸显。为了实现能源利用与环境的协调发展，能源的清洁利用越来越成为人们的共识。磁流体发电作为一种高效、低污染的新型发电方式一直都是世界研究的热点，2009年东南大学提出以连续的非平衡态等离子体爆轰的方式代替传统的燃烧方式和爆炸来产生磁流体的设想，并经过人量的实验和理论分析，取得较大的成果和突破。由于爆轰波具有高速、超薄、不稳定等特点，使得爆轰波的利用具有很大的困难。为了找到一个适合于磁流体发电技术且易于利用的非平衡态等离子体燃烧波，各种燃烧方式的特性的研究具有重大的实际意义。
本文对等离子体超音速燃烧过程进行了分析，其作为新型磁流体发电的概念研究部分具有重要作用，本文的研究主要以数值模拟为工具，对耦合超音速燃烧气流和等离子体的复杂过程进行了较为系统的科学探索，通过数值模拟揭示了其中的主要特性。本文主要开展以下三个方面的工作：
（1）使用CHEMKIN软件对325个甲烷燃烧的详细反应机理进行敏感性分析，以甲烷为参考对象，分析得到将要在下一步带入燃烧反应器进行计算的15组17步反应的简化机理；
（2）选取了适合甲烷超音速燃烧的数学模型及计算方法，使用FLUENT软件，建立了喷管的二维物理模型，对空气流动进行了数值模拟，模拟不同工况下的速度场，温度场以及马赫数的分布，对结果进行了比较和分析，并证明了该模型的可靠性；模拟了甲烷与氧气在该喷管内的超音速燃烧，分别改变温度，压力，O原子浓度三个参数得到了燃烧器内的温度场，CH4和H2O浓度场分布，并进行比较与分析，总结出高压高温以及高O原子浓度都有助于提高燃烧的稳定性；
（3）通过二次开发MHD模块，在燃烧化学反应基础上增加电场标量方程，使用自定义的变化的电导率作为材料的属性，编写了求解电子温度的函数，并用电子温度代替普通气体温度带入电子反应速率的Arrhenius公式中，编写了UDF自定义体积反应速率，通过这些方程间的相互耦合，在模拟过程中分别改变温度，等离子体的初始浓度以及壁面高压电位的值，比较分析了电位，电子密度，电导率以及电子温度和O原子浓度的分布情况，对等离子体的特性有了更深入直观的了解，为进行非平衡等离子体强化燃烧的实验奠定了基础。