当海上油气运输及勘探开发作业发生溢油事故时,如何安全高效地清除海面溢油是研究的关键。就地燃烧法已被证明是一种行之有效的溢油处理方法,溢油燃烧时的行为及效率是研究的重点。在海面溢油处理过程中,油池被海水环绕,与传统受限容器油盘池火边界条件具有显著差异。因此,开展小尺度模拟实验,研究宽阔水面油池火燃烧行为和燃烧效率提高方法,能够为使用就地燃烧法处理海面溢油提供基础数据支撑和方案建议。本文研究内容、成果及结论如下:针对宽阔水面油池火的火焰特性,提出了无量纲的火焰长度、倾角及拖曳长度预测模型。通过小尺度实验的方法,围绕宽阔水面油池火的燃烧行为进行了研究。根据实验获得的火焰行为数据,提出了一种考虑初始燃料厚度的改进Thomas模型,能够较好地预测池火阶段火焰长度变化。根据火焰倾角的形成机理提出了包含无量纲热释放率,风速和火焰温度的宽阔水面油池火火焰倾角正切值预测模型。根据火焰拖曳现象形成的物理机制,提出了考虑无量纲热释放速率的火焰拖曳长度预测模型。根据外加装置以增强火焰对油层热反馈的方法,研究外加插板对水面油池火燃烧行为及效率的影响,并设计了海面溢油燃烧效率提高装置。当外加装置高度合适时,能够接受大量火焰热量并将其经由插板传递给油层,进而提高燃烧速率和效率。通过插板传热机制提出了外加插板的池火燃烧速率预测模型,其中包含燃料温度和插板温度,可以方便地计算得到预期的外加插板后理论燃烧速率。设计了使用+型插板的海面溢油燃烧效率提高装置,将高导热性材料制成的插板通过浮力底座的方式放置在溢油层中,以增强火焰热反馈的方式提高溢油燃烧效率。根据诱导池火形成火旋风以增强池火空气卷吸强度的方法,研究水面火旋风对池火燃烧行为及效率的影响,并发现蓝色火旋风能够实现水面池火的清洁燃烧。形成水面火旋风能够显著增大池火燃烧速率,但由于更强的对空气散热以及末期剧烈沸溢造成的大量热量散失并未表现出对池火燃烧效率的增益效果。在火旋风燃烧末期,接近燃料层表面的位置开始出现蓝色火焰,特定条件下该蓝色火焰能够保持存在并稳定燃烧,其中当庚烷为燃料时燃料供应速度应在0.01g/s至0.03g/s之间。产生蓝色火旋风能够有效降低海面溢油燃烧产生的空气污染及有害气体排放,对于进一步降低溢油危害具有重要意义。