近年来,我国在铁路建设方面投入巨大,出现了大量运营、在建和规划中的铁路隧道,铁路隧道快速发展的同时也带来了严重的火灾安全问题,特别是川藏线等一批高原地区的铁路线路,隧道里程相对较长,火灾过程中烟气难以快速排出,火灾安全问题更加突出,极易造成严重的事故后果。鉴于当前世界各国已发生的隧道火灾事故所造成的严重后果和长大铁路隧道内空间特殊性,目前针对长大铁路隧道火灾安全的研究仍较为缺乏,长大隧道的火灾烟气运动特征仍需深入研究。本文围绕长大隧道区间段发生火灾,以长大铁路隧道火灾烟气蔓延规律及控制效果为核心内容,针对隧道内无阻塞火灾、隧道区间段列车阻塞火灾(分列车厢外部起火和车厢内起火)等典型火灾情景,开展了较为全面的试验研究,并进行了全尺寸数值模拟验证。论文的研究为特长铁路隧道内火灾烟气控制、人员疏散和救援设计提供了数据支持,对特长铁路隧道火灾安全具有实用价值和推动意义。论文综合采用资料调研、模型试验、数值模拟、理论分析等相结合的研究方法,以烟气温度场、烟气蔓延距离以及临界风速等参数量化火灾烟气蔓延特征,对不同火灾场景开展了深入分析,主要研究工作及成果如下:研究了隧道内不同火源横向位置(隧道中心、隧道一侧)条件下拱顶火灾烟气最高温升与纵向衰减规律,发现了无纵向通风条件下火源处于中心位置处最高温度高于火源处于隧道一侧时,且二者差值随热释放速率的增大而增大,在纵向通风作用下,两种情况下的最高温度基本一致,通过引入风速弗劳德数表征纵向通风对最高温度的影响,建立了耦合纵向通风与火源横向位置的最高烟气温升模型;基于新提出的纵向温度衰减系数与纵向风速弗劳德数之间的关系,建立了纵向通风情况下新的隧道拱顶温度衰减公式。(第3章)研究了不同列车车厢起火位置及不同列车长度条件下隧道火灾烟气蔓延规律,发现在相同热释放速率、纵向通风速率以及列车长度情况下,列车中部车厢起火时的烟气最高温升与烟气逆流长度均大于列车端部车厢起火的情况,分析了不同列车车厢起火位置与列车长度对隧道火灾烟气蔓延距离与最大温度的影响机制,结合前人经典模型,建立了不同列车车厢起火位置与列车长度条件下隧道火灾烟气逆流长度、最高温度与热释放速率以及纵向通风风速之间的无量纲关系式。(第4章)以列车车厢内部火灾情况下火灾烟气蔓延特征为核心,开展了列车车厢内部着火时,不同的列车门窗开启形式等多种工况下的隧道火灾缩尺寸试验。得到了不同火灾规模及纵向通风风速作用下,列车门窗的不同开启形式对隧道内火灾烟气蔓延的影响规律。建立了车厢内部火灾情形下不同车厢门窗开启形式情况下隧道火灾最高温升模型,热释放速率和纵向通风风速之间的无量纲关系式。并对比分析了无阻塞、有列车阻塞及车厢内部火灾等共四种场景下隧道空间内温度分布规律。(第5章)依托实际长大单洞单线铁路隧道为工程背景,利用FDS软件建立了全尺寸数值模型,对列车端部火灾和车厢内部火灾两类较为常见的火灾场景进行了全尺寸数值模拟研究,研究了隧道火灾烟气蔓延基本规律,并通过设置不同长度的普速列车研究了列车长度对烟气逆流长度的影响,并与缩尺寸试验数据进行对比验证,验证缩尺寸试验理论模型,同时也为实际隧道火灾烟气控制提供了理论指导及数据支持。(第6章)