受限舱室的“封闭效应”决定了其火灾特点的多样性。在建筑结构(形状、尺度)、通风条件、可燃物性质等因素的共同作用下,受限舱室火灾和烟气分布规律表现出不同的发展规律。以船舶机舱为代表的船舶封闭空间通常没有侧壁竖直开口,起火舱室可抽象为一个仅具有顶部水平开口的特殊受限空间。水平开口处的气体交换受到膨胀压力差和浮力密度差的共同驱动,表现出复杂的烟气流动模式。不同的烟气流动模式会对舱内烟气运动规律和分布特征产生影响。因此,研究顶部开口舱室火灾烟气运动规律及分布特征,对认识顶部开口舱室火灾发展规律,有效控制和扑灭火灾具有重要的意义。本文在300cm(长)×300cm(宽)×195cm(高)实验舱内,开展了10cm、14cm、20cm和30cm等四种直径的庚烷油池火实验研究。水平开口位于舱室顶部拐角,其尺寸由100cm2(10cm×10cm)增大到3200cm2(54cm×60cm)。实验研究了不同顶部开口尺寸和火源大小对舱内温度、烟气光学密度、气体组分、燃料质量损失速率、火焰形态的影响规律；顶部开口舱室的烟气光学密度预测方法、烟气填充时间预测方法。最后根据顶部开口舱室烟气分布规律,对烟气分布进行简化,建立了舱内温度分布和烟气光学密度分布预测模型。论文的具体工作包括：分析了顶部开口尺寸和火源大小对池火发展规律的影响。顶部开口舱室内的最大温升与火源面积相关,火源面积越大最大温升越高。在本研究所涉及的范围内,平均温升速率与火源面积近似成正比例；顶部开口面积对平均温升速率的影响不明显。当以燃料质量损失为横坐标时,火源面积对顶部开口舱室烟气光学密度影响不显著；顶部开口尺寸在火灾发展初期对烟气光学密度基本无影响。实验过程中,舱室内的氧气浓度分布并不均匀,越靠近地面氧气浓度越高,燃烧区附近的氧气浓度则要明显高于其他区域。对于顶部开口舱室,较小尺寸油池燃烧的单位面积平均质量损失速率更加接近于开放空间沸腾燃烧状态的数值。而随着油池尺寸的增加,单位面积平均质量损失速率则逐渐向开放空间稳态燃烧数值倾斜。建立了顶部开口舱室烟气光学密度的计算模型。从顶部开口舱室烟气光学密度宏观模型出发,基于控制体内的烟气质量守恒方程,建立了K-S模型、K-M模型、Y-KS模型、Y-KM模型等四种不同形式的预测模型,并对预测模型适用范围进行了分析。通过与实验测量结果进行比较,四种预测模型均从一定程度上复现了顶部开口舱室火灾烟气光学密度变化规律。其中,K-S模型、Y-KS模型适用于标准实验环境可燃物危险性的定性分析；K-M模型和Y-KM模型具有统一的表达式,当给定火源面积和顶部开口面积时,可以较好的预测火灾发展初期烟气光学密度的变化规律。探讨了以舱内温度和烟气光学密度描述的烟气层填充规律。从顶部开口舱室烟气填充过程物理模型出发,基于控制体内的质量守恒和能量守恒方程,建立了“膨胀溢出”模型和“不规则顶棚”模型,用以预测顶部开口舱室的烟气填充时间。通过将模型预测结果与通过消光法和分段线性法处理得到的实验测量结果进行对比,“膨胀溢出”模型和“不规则顶棚”模型均可以良好的用于顶部开口舱室烟气填充时间的预测。研究结果表明：在本文研究所涉及的范围内,顶部开口尺寸对舱室内烟气填充时间的影响并不显著；当火源功率较大时,则基本可以忽略。简化了烟气分布规律预测模型,并检验了模型的预测效果。在烟气填充过程中,以温度描述的热烟气层中温度随高度等梯度递减；而以烟气光学密度描述的热烟气层中烟气光学密度趋于一致。从顶部开口舱室烟气分布特性出发,对舱室内的温度分布和烟气光学密度分布进行了简化,建立了基于“区域模型”的顶部开口舱室火灾温度和烟气光学密度分布预测模型,并与实验测量结果进行了对比。结果表明：温度分布预测模型和烟气光学密度分布预测模型均可较好的预测火灾发展初期顶部开口舱室的温度分布和烟气光学密度分布；烟气分布预测模型的计算效果,主要受制于顶部开口舱室温度预测模型和烟气光学密度预测模型的适用范围。