室内火灾引起的温升和火源卷吸会导致室内外产生压力差,从而在房间的开口处出现流动:高温烟气的流出和新鲜空气的流入。竖向开口是建筑物内最为常见的开口,在火灾发生时会充当氧气的补给源并促使火灾烟气蔓延至室外或相邻房间。常见的竖向开口是门窗,其在火灾时会影响火灾发展特征并对人员疏散产生重要影响。竖向开口流动研究一般根据伯努利流动定理并结合室内外压差和烟气层与空气层的温差推导出相应的流动公式。火灾燃烧产物给人员疏散和灭火扑救带来巨大威胁,因此预测和计算室内火灾主要燃烧产物组分是非常重要的工作。火灾产物的危险性在于一氧化碳等有毒产物对人体的毒害和由于氧气浓度降低导致的窒息。决定火灾产物的危险性的参数是燃料的材料特征和开口通风条件控制下燃料的燃烧特性。因此开口流动和火灾产物这两方面存在着内在联系。本论文的研究目的是通过基于区域模拟的理论,提出可以用于预测室内火灾竖向开口流动和火灾燃烧产物组分的方法,并推导出适合工程应用的数学模型和公式。对于开口流动的研究是基于对MQH方程的完善和补充,为了计算竖向开口流动,建立了基于区域模拟理论的数学模型。模型的建立分别采用了两种方法,第一种方法使用了真实近火源羽流卷吸模型,并考虑开口卷吸因素的影响,第二种方法基于虚拟点火源的羽流模型而建立。对这两种方法的求解向研究者展示了火灾引起的流动的基本原理。模型的解答表现为对一系列方程组成的方程组的求解,其中包括羽流卷吸方程,流入空气质量流率方程,流出烟气质量流率方程,开口卷吸方程和基于绝热条件假设推导出的下层空气温度方程。通过对方程组的求解,得到了开口质量流率,烟气层高度、中性层高度和下层空气温度等参数。通过理论推导并对已有实验数据进行拟合比较,建立了可以用于计算室内火灾竖向开口流动的统一公式。对门开口和窗开口两种流动的差异进行深入比较后,发现窗口高度和窗口宽度对计算结果有着重要影响。为了验证本模型的准确性,将预测结果与著名的Steckler开口流动实验的数据进行了比较,同时也使用了场模拟软件FDS对相应火灾场景做了模拟预测,结果表明,在一系列不同类型的火灾条件下,本模型在开口流动预测上表现出较高的准确性,其模拟预测结果的计算误差保持在15%以下,而FDS的预测结果则与实验数据偏差较大,其预测误差可能高达40%。现有的关于火灾产物浓度的理论研究方法都是基于稳态火灾场景假设条件下的燃料混合比的计算。然而实际火灾大多为非稳态状态,为了更好地拟合现有实验数据并预测非稳态火灾场景中的产物组分,建立了一个采用混合分数方法的模型。这种模型是对传统的燃料混合比方法的改进:由于可以证明混合分数是燃烧产物浓度的唯一函数,因此可以将它应用于非稳态火灾的燃烧产物计算。基于一个简化的双区域室内火灾场景对模型进行推导,得到了混合分数和燃料混合比之间的关系。根据此关系,可以将基于燃料混合比表述的燃烧产物浓度实验数据转换为通过混合分数表达。这些实验数据均是在稳态火灾实验条件下得到,但在使用混合分数对这些数据重新表达后,它们可以被用来预测计算非稳态火灾条件下的产物浓度。最后,通过对Tewarson等人以前得到的实验数据进行分析,阐述了这种方法的实际工程运用。该论文有图52幅,表1个,参考文献121篇。