近几十年来,我国经济飞速发展,城市化进程逐步加快,为了降低区域人口增长带来的交通压力,地下空间的开发和使用正如火如荼的进行,隧道建设规模正逐年增大。然而,伴随而来的,是隧道火灾事故的频繁发生。隧道属于狭长空间,安全出口少,一旦发生火灾事故,高温烟气难以有效排出,将对人员生命和隧道结构造成严重威胁。针对当前隧道火灾研究中存在的一些问题,本文结合小尺寸实验和数值模拟研究方法,对隧道内矩形火源燃烧特性、倾斜隧道内火灾烟气流动及隧道多竖井自然排烟进行了研究。在实际隧道火灾中,由于侧壁和顶棚的影响,火源不能抽象为轴对称火源的情况广泛存在,此时采用轴对称假设得到的理论模型进行火灾发展和烟气运动的预测,将产生较大误差。本文在小尺寸隧道模型试验台开展了一系列实验,研究了矩形气火燃烧特性和顶棚射流特性。通过改变气火的长宽比和摆放方式,分析了这些因素对火焰形态、火焰长度的影响规律,并结合理论分析,建立了考虑火源功率、火源长宽比和放置方式的隧道内矩形气体火的火焰长度的无量纲关系式。分析了矩形火源贴壁时,顶棚下方最高温度及最高温度分布的变化规律。倾斜的公路或铁路隧道是广泛存在的,特别是在山区,倾斜长隧道的火灾风险也引起了广泛关注。本文建立不同长度和坡度的倾斜隧道数值模型,对不同长度和坡度的倾斜隧道内火灾烟气流动特性开展了数值模拟研究。通过关联水平隧道纵向通风速率和倾斜隧道自然通风情况下的入口处烟囱效应诱导风速,定量研究了隧道长度和坡度对顶棚下最高温度及位置和烟气逆流长度的影响规律。随着城市的迅速发展,浅埋型城市交通隧道越来越多采用顶部开口进行自然通风和排烟。考虑到其火灾安全性,竖井自然排烟系统必须提供足够的排烟性能来确保火灾时隧道结构本身及隧道内的人员的安全。本文建立自然通风隧道的数值模型,隧道包括深埋段和竖井自然排烟段,通过改变竖井尺寸(顶棚开口率)和火源功率来研究排烟段对火灾烟气的控制效果。分析了不同竖井尺寸对隧道内烟气质量和热量流率及竖井排烟量的影响。通过对竖井排烟Ri数的计算,验证了 Ri数判据在多竖井隧道排烟中的适用性。