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阴燃是在多孔介质内发生异相反应并能自维持进行的无焰缓慢燃烧形式，其中包括许多复杂的热物理和化学过程（如流体流动、多孔介质传热、传质过程、表面化学反应等），这些过程之间的关系决定了阴燃反应的最终特性。阴燃是诱发火灾的重要因素，其主要的危害表现在：①阴燃比通常的有焰燃烧释放的有毒产物更多，对人造成危害更大；②它发生在火灾初期，不易被人发现，因此潜在危险性很大；③如果条件适宜，如随着供氧量的增大，阴燃会发生气相反应而转捩成有焰燃烧诱发火灾，会带来更大破坏和损失。同时，燃料阴燃也具有广泛的科技实用性，如在控制多孔可燃材料的燃烧速度、固体物质的气化工程、城市垃圾焚烧、有害固体废物的燃烧、处理生物量燃烧及燃池采暖技术等。所以，研究可燃物阴燃的传播蔓延过程、熄灭条件及其向明火的转捩，对于火灾安全科学、热能源利用、气化工程等方面都具有重要的应用价值。阴燃一般分为正向阴燃和反向阴燃。正向阴燃是指阴燃波的转播方向与来流方向相同；而反向阴燃是指阴燃波的传播方向与来流方向相反。正向阴燃在外界条件的改变（如增大风流或氧气含量等）易转捩成明火，而反向阴燃传播则相对比较稳定。在数值模拟中，本文采用一个专业有限元数值分析软件包—COMSOL Multiphysics（FEMLAB）对燃料阴燃传播的控制方程，即对偏微分方程组（PDEs），进行建模、离散求解。该软件的求解器是基于C++程序采用最新的数值计算技术编写而成，包括最新的直接求解和迭代求解方法、多级前处理器、高效的时间步用算法则和本征模型。本文对燃料阴燃的数值模拟计算中，主要调用了软件包模型库中的热传递模块和化学工程模块，对能量守恒方程、质量守恒方程、气体组分扩散、动量方程等进行了建模，选用迭代求解方法，使用GMRES求解器，采用自适应网格生成器将填充床划分为多个三角形网格单元。首先，本文以两种典型的多孔介质材料（松散的纤维质材料和多孔骨架结构的聚胺脂泡沫）为式样，数值模拟了燃料正向阴燃和反向阴燃传播过程：（1）基于燃料阴燃三步反应动力学机理，建立了2D非稳态纤维质材料填充床正向阴燃的数学模型。阴燃的化学动力过程包括燃料热解、燃料放热氧化及焦炭的放热氧化。该模型考虑了固-气之间的热交换及气体在多孔介质内扩散系数的变化。数值模拟了燃料正向阴燃的温度分布、固体成分和气体组分的变化、气流密度和气流速度的变化、反应释热分析等；模拟了来流速度、氧气浓度对阴燃速度及平均最高温度影响，证明阴燃速度与来流风速和氧气浓度基本上呈线性关系变化，模拟结果与实验进行了对比，吻合较好；模拟了燃料特性参数（如燃料导热率、比热、密度等）对燃料阴燃传播的影响，其中燃料的密度对燃料的阴燃传播影响较大，其次是比热，而燃料导热率的影响是很小的；通过模拟多孔介质的孔径的影响，发现对于小孔隙直径，模型中可以忽略辐射传热，而随着孔隙直径的增大，辐射换热的作用逐渐加强，理论模型中要考虑辐射的传热作用；模拟反应指前频率因子来考察燃料阴燃的传播特性；通过模拟分析了燃料阴燃三个反应过程的释热情况，证明燃料氧化是维持阴燃传播的重要动力。（2）对于反向阴燃传播，采用两步反应动力学模型，即包括燃料热解和燃料氧化两个反应，建立了二维非稳态燃料反向阴燃传播数学模型。模型中考虑了辐射换热以及气体扩散系数随温度的变化。数值模拟了燃料反向阴燃传播的温度分布、气体组分变化、固体成分变化、气流密度的变化以及反应热释放情况；模拟了来流速度对燃料阴燃传播的影响，随着来流速度的增大，阴燃传播速度呈现出先增大后减小直至熄灭的变化趋势，对阴燃温度的影响相对较小；模拟发现氧气浓度对燃料阴燃传播特性具有重要的影响，其关系粗略呈线性增长，且对燃料阴燃的最高温度也有一定的影响。其次，基于Dosanih et al．的单步反应机理，建立了一维非稳态燃料填充床反向阴燃的数学模型，通过大活能渐进分析和参数简化得出了定性描述燃料反向阴燃传播的方程。采用采用Matlab7.0.1计算了燃料反向阴燃的传播过程。计算结果表明：燃料的阴燃温度随着气体流量的增大而增大，但随着反向气流对流冷却作用的加强，阴燃温度的增长幅度是逐渐减小的；阴燃传播速度却呈现出先增大后减小直至熄灭的变化趋势。反向阴燃固相质量通量和阴燃温度随气流质量通量变化的解析解与数值解进行了对比，其变化趋势基本一致。通过定性分析反向阴燃得出；在气体流量为零的情况下，燃料仍然可以发生阴燃，且求得来流速度为零的阴燃速度和阴燃温度。同时，分析了氧气浓度、指前频率因子、孔隙率、燃料特性参数（包括密度、比热、导热率、活化能、放热量）等对反向阴燃熄灭的影响。最后，通过理论分析和物理动力学模型简化，建立了燃料阴燃向明火转捩的数学模型，采用分岔理论对燃料阴燃着火-熄火及向明火转捩过程进行了研究和探讨。以Frank-Kamenetskii参数β1为分岔参数，详细讨论了阴燃着火及向明火转捩的分岔特性。整个分岔曲线出现了二次分岔特点，明显地分为固相反应区和气相反应区。在每一个反应区，分岔曲线均呈现S型，其中包含有三个分支：稳定的着火分支、熄火分支及非稳定状态分支。同时，研究了方程中的其他控制参数（如Pe1、Pe2、α1、α2、ε和Le）的变化对燃料阴燃着火-熄火及及向明火转捩的影响。此外，也分析了气相反应活化能和放热量的变化对气相反应临界状态消失的影响。