燃油是生活、石油、化工行业中广泛使用的能源燃料。随着国家经济的迅速发展,对燃油的需求与日俱增,燃油的储存和安全使用尤为重要。由于燃油具有可燃性,泄漏燃油极易发生火灾。火灾事故现场往往存在纵向风,纵向风能够携带更多燃烧所需要的氧气,使得燃烧更加剧烈。纵向风的作用下,火焰倾斜且被拉长,可能直接点燃相邻的泄漏口或扩大对周围物体的热辐射。因此,有必要对纵向风条件下的火焰长度、火焰倾角、火蔓延速度以及热辐射等开展研究。为了深入探究纵向风条件下3号航空煤油火蔓延行为特征,本文使用了宽度分别为4、8、12、16和20cm的油池开展火蔓延研究,油池长度均为100cm,纵向风速范围-2.57～+2.57m/s。利用电子天平、CCD相机、微细热电偶和红外热像仪等采集实验数据。本文的具体研究工作如下:研究了纵向风作用下航空煤油火蔓延过程中火行为特性(火焰倾角、火焰高度和火蔓延速度)。研究发现,闪火焰长度随顺风风速的增大而增大,随逆风风速增大而减小。对于任何宽度的油池,纵向风作用下火焰高度都比无风条件下的要短。随着风速的增加,火焰高度的下降比例逐渐减小,火焰高度最终接近一个临界值。与无风条件相比,最大风速条件下的火焰高度降低约60%。将无量纲参数,油池特征尺度比?(28)d/D引入Welker模型,得到改进的火焰倾角模型,与实验数据十分吻合。同理,将无量纲参数?(28)d/D引入Oka模型和Thomas模型,得到改进的火焰高度模型,与实验数据十分吻合。逆风条件下,火蔓延速度随风速的增大而减小,这是因为水平风抑制了向前的气体热膨胀,并且将燃烧产物带向火焰尾部,导致向火焰前锋的传热极大地削弱,燃料蒸发减慢,火蔓延速度降低。顺风条件下,对于20cm宽的油池,火蔓延速度随风速的增大而增大,这是因为火焰贴近油面运动,传递更多的热量至油面,油面蒸发速度加快。开展了纵向风作用下液体火蔓延气-液流体动力学研究。顺风条件下,随着风速的增大,液相浮力作用增强;逆风条件下,随着风速的增大,液相浮力作用减弱。无论是顺风还是逆风环境,液体火蔓延表面流主要受表面张力驱动,浮力的作用相对较弱。火焰前锋前方气相涡旋对火焰脉动至关重要。顺风条件下,当气体热膨胀速度与边界层内部气流速度之和大于逆向浮力流速度时,火焰前方不能形成气相涡旋,火焰脉动消失,火焰以稳定模式蔓延;反之,当气体热膨胀速度与边界层内部气流速度之和小于逆向浮力流速度时,能够形成气相涡旋,火焰以脉动模式蔓延。对于顺风作用下油池宽度为4cm,油层厚度为10mm的航空煤油火蔓延脉动阶段与稳定阶段的转折风速为1.07m/s。逆风条件下,所有风速火蔓延均符合气相涡旋形成条件,火焰均以脉动方式蔓延。顺风条件下,表面流长度随风速变化无明显规律,这是由于,风使火焰发生了倾斜,火焰贴近前方冷油面,在倾斜火焰的下方仍然有表面流存在,而红外热像仪从油池的正上方获取实验数据,测得的表面流长度不是真实数据。逆风条件下,对于10mm厚油池,表面流长度随着风速的增大而增大;对于3mm厚油池,随着逆风风速的增大,表面流长度先增大后减小。这是由于,液相流动会受到强风速的影响,油面出现明显波动,燃油分布不均匀,导致表面流无法自由发展。建立了耦合液相对流传热、火焰辐射传热以及底部面的对流散热的火蔓延传热模型。通过火蔓延过程热流的定量计算,发现本文实验风速和油层厚度范围内,液体火蔓延气-液传热模型均与实验数据吻合,验证了模型的正确性。对于逆风和u<0.88m/s顺风火蔓延,液体火蔓延主要传热方式为液相热对流,占总热流的80%左右,这与无风时的火蔓延传热机制相同;当顺风风速u>0.88m/s时,液体火蔓延为火焰热辐射和液相热对流耦合传热控制;最大顺风风速u=2.57m/s时,火焰辐射传热可达到总热流的29%。对于10mm厚油层火蔓延,油层底壁板散热忽略不计;对于3mm薄油层火蔓延,存在显著的底壁板散热,底板最大热流损失约占总热流的11.5%。