近年来,随着我国高速公路建设迅猛发展,修建了大量隧道。隧道在方便人们出行与促进经济社会发展的同时,也伴随大量隧道运营安全事故的发生,尤其是容易造成群死群伤的隧道火灾事故,数据表明,隧道内火灾现场出事者大多是被烟雾熏死,在隧道火灾初期,如何有效控制烟气流动和维持烟气层稳定对隧道内人员疏散具有重要研究意义。《交通运输部交通运输科技“十三五”规划》重点提出,围绕提高安全风险防控和突发事件应对能力、较大幅度降低人员伤亡和经济损失等目标,开展交通运输系统安全、基础设施安全、运输组织安全和应急保障等方面的共性关键技术研究,重点突破长大隧道运行安全、轨道交通运营安全保障等关键技术瓶颈,不断提升交通运输安全生产水平,为打造平安交通提供技术支撑。前人对于隧道火灾的研究大多是针对自由火源情况开展的,本论文聚焦于隧道火灾事故中车厢溢出火羽流诱导的烟气流动和分层稳定性研究。在纵向通风隧道中进行了一系列小尺寸实验,研究了纵向通风作用下车厢溢出火羽流临界溢出规律,火焰形态,抑制隧道烟气逆流时的临界控制风速、限制风速以及溢流火诱导的隧道顶棚烟气分层稳定性以及集中排烟和纵向风耦合作用下的隧道顶棚烟气温度分布情况,主要研究内容如下:本文通过一系列小尺寸模型隧道实验,研究了纵向通风隧道内车厢火溢流的临界溢出演化特征。研究发现,当车厢开口背风时,隧道内车厢火溢流的临界溢出功率只与开口的通风因子有关,而与纵向风速大小无关。并将上下临界功率与开放空间内的理论溢出所需功率值进行对比,发现隧道内车厢临界溢出上下临界所需的溢出功率均比理论溢出所需功率值大。当隧道内车厢溢流火进一步发展为车厢腔室外持续燃烧时,分析了其火焰形态随着纵向风速的演化特征,建立了火焰高度和水平长度与纵向风速之间的无量纲关系模型,该模型预测值与实验结果较为吻合。本文研究了隧道内车厢火溢流诱导的顶棚烟气临界控制风速与逆流长度特征规律。研究发现,在隧道内的火源功率较小时,临界风速随着火源功率的增加而增大,当火源功率继续增大到一定值时,临界风速不再随之改变。而对于逆流长度来说,当纵向风速较小时,逆流长度对于纵向风速较为敏感,随着风速的增大其减小的速度较快,而当逆流长度减小到接近火源位置的时候,其对于风速的变化不再敏感,这个转折点所在的控制风速被称为“限制风速”。与此同时,建立了隧道内车厢溢流火诱导的临界风速、逆流长度与“限制风速”的无量纲演化模型。揭示了隧道内车厢火溢流诱导的烟气分层稳定性特征。实验用激光片光源对隧道内烟气进行拍摄,用于捕捉烟气分层形态特征,并将其与基于速度剪切及温度竖向温度分布所得的Fr数进行关联,提出了车厢溢流火诱导的烟气分层稳定性判据。研究了纵向风与集中排烟耦合情况下的隧道顶棚烟气温度分布演化特征。研究发现,随着纵向风速的增大,隧道上游烟气温度衰减较下游快,而且集中排烟对于隧道上游温度有着较大的影响。提出了纵向风与集中排烟耦合情况下温度衰减因子,建立了描述隧道顶棚上下游烟气层温度分布的预测模型,该模型的相关性较好。