生物质燃烧是火灾安全科学领域的重要研究课题。热解是生物质着火、燃烧和火蔓延过程的基本先导过程，它在很大程度上决定了从生物质材料中可获得的用于支持燃烧过程的燃料的量，并在某种程度上也决定了热量，因为生物质燃烧中的热量释放速率可以由热解产生燃料的速率与燃料的燃烧热的乘积来模拟。因此，从物理和化学作用机制方面认识生物质热解过程的行为与规律并对其进行模拟，将有助于深刻认识生物质燃烧引发火灾过程的动力学机制，并为生物质燃烧和火蔓延的模化提供合理的燃烧动力学描述。 生物质热解过程不仅包含复杂的化学动力学过程，而且包含复杂的物理输运过程，如传导、对流等传热过程，及传质过程，以及这些过程的相互作用等。迄今描述生物质热解的传热传质等物理过程的模型已经有较大发展，但其中对化学动力学过程的描述则相对简化。因此，构建体现物理过程与化学动力学过程及其相互耦合作用的综合性物理化学模型，是生物质热解模型研究的发展方向。 本文的研究目标是，以森林可燃物为研究对象，面向小尺寸热解动力学发展热解数据预处理方法和热解动力学分析方法；在此基础上研究生物质材料的热解化学反应过程，建立具有一定普遍性和精确性的生物质材料全局表观热解动力学模型，为生物质着火与燃烧模拟提供可靠的热解化学动力学描述；进而研究物理传热传质过程和化学动力学过程的相互耦合作用规律，建立耦合型生物质热解模型，为生物质的着火与燃烧模拟提供科学合理的热解子模型。 本文首先对热分析动力学方法和热分析数据预处理方法进行了比较系统的研究，为分析生物质材料的热解动力学行为提供方法学指导。其次，对空气气氛下小样品生物质材料试样的热解动力学行为进行了实验研究，发现在空气气氛下生物质材料呈现的两步主要失重过程分别是生物质组分的热裂解和生成炭的氧化反应所致。基于此热解反应机理，本文构建了空气气氛下生物质热解的“两阶段连续反应模型”，并证明了几种动力学模型的一致性。本文还发现了动力学参数对机理函数的依赖关系，并研究了动力学参数的补偿效应，给出了理论解释。最后，依据“两阶段连续反应模型”，建立了物理过程与化学动力学过程相互耦合的生物质热解模型，分析了各个过程的重要程度。基于时间尺度分析，认为可以