固体表面火蔓延是火灾安全研究的基础课题。火蔓延的发展决定了火灾初始增长以及火灾规模。固体表面火蔓延是一个涉及到气固两相物理传热传质与化学反应相耦合的复杂过程,特别是在多参数耦合作用下的火蔓延行为目前还没有得到完全的认识。研究多参数作用下固体表面火蔓延特性,进而建立科学合理的火蔓延理论模型,有助于准确的预测火灾发展,科学的指导火灾扑救。另外高原火灾安全问题目前受到越来越多的学者关注。研究高原环境下固体表面火蔓延特性,对于高原火灾防控有重要的指导意义。本文选取典型可炭化固体材料(白木)作为研究对象,分别在高原(拉萨)和平原(合肥)地区通过有规律的改变试样宽度、试样放置角度和外界辐射强度等参数开展一系列多参数耦合作用下的固体表面火蔓延特性研究。通过对火蔓延特性参数(比如火焰形态、火焰温度和火蔓延速度等)的实验测量,结合传热学和燃烧学知识,揭示了多参数作用下固体表面火蔓延行为控制机理并建立了相应的理论预测模型。本文首先研究了火蔓延过程中压力和宽度的耦合作用,并基于热输运理论建立了一个耦合试样宽度和环境压力作用的火蔓延模型。模型指出火蔓延行为的宽度效应受控于对流传热和辐射传热两种竞争机制,使得火蔓延速度随试样宽度增加表现出先减小再增加的趋势。另外,本文通过对环境压力、试样放置角度和外界辐射强度等参数耦合作用下火蔓延规律的研究,发现在放置角度和辐射强度耦合作用下,火蔓延状态、固相升温模式以及火焰面积的变化模式都会逐渐发生改变。外部辐射和放置角度的增加会削弱化学反应动力学(环境压力)对火蔓延过程的影响。最后,本文深入探讨了火蔓延过程中出现突变现象(熄灭、减速和加速)的内在机理。本文首次利用固体表面火蔓延过程中固相热解与气相燃烧的能量与质量输运动态平衡理论,解释了减速现象实际上是由于点火能量与火蔓延所需能量不匹配而引起的能量平衡自适应过程,并得到了一个预测火蔓延熄灭临界角度的理论预测公式。另外,本文通过对拉萨和合肥地区火焰形态和传热过程的分析,揭示了固体表面加速蔓延的内在机理,并建立了火蔓延加速的理论预测模型,即Пc=1,该模型耦合考虑了环境压力、环境氧浓度和试样放置角度等参数对火蔓延加速的影响。