长通道内热驱动流流体流动,传热问题广泛存在于建筑工程、公路隧道工程、热能动力工程等众多领域中。在浮力等驱动力的作用下,冷热流体在不同结构的长通道内会呈现出不同的流动蔓延特征,令湍流变得更加复杂。通道火灾是火灾安全领域中一个非常重要的研究主题。本文采用缩比实验、数值模拟及理论推导相结合的方式,对不同条件下长通道内热驱动流运动规律进行了系统的分析和研究。本文所研究的通道火灾主要是指水平及倾斜通道火灾与竖直通道内火灾。首先建立了适合弱可压、低马赫数的热浮力驱动流基本控制方程组,并给出了相关的燃烧模型及热辐射模型,经过Favre滤波运算,获得了滤波后的方程组。对长通道内火灾现象进行分析,通过相似变换导出无量纲方程组,从而得到了相似准则。进行了小尺度倾斜通道(120cm×16cm×20cm)火灾实验研究,测量了顶棚下烟气温度分布,记录了烟气蔓延情况,发现烟气温度沿倾斜通道纵向呈幂指数衰减,分析了通道上游、下游无量纲温度随无量纲距离的变化规律,得到了温度衰减系数K随倾角变化的普适规律。对速度沿倾斜通道纵向衰减规律进行了理论推导,随后分析了烟气前锋沿通道纵向蔓延的规律。采用CFD-FDS方法对倾斜通道火灾进行了数值模拟,对通道内温度场与速度场随倾角的变化情况进行了分析。进行了中尺度倾斜通道(8.0m×1.5m×1.0m)火灾实验研究,对自然通风情况下通道内火灾发生时的竖向、纵向温度进行了测量,结合实验及数值模拟得到了不同倾角条件下的烟气层与下层冷空气间的浮力差变化规律。对不同倾角时顶棚下烟气U速度纵向分布规律、两端开口U速度竖向变化规律进行了数值模拟研究,同时发现,当倾角增大至一定程度时,通道低端开口的中性面会消失。对多火源通道火灾进行了实验与数值研究,发现火源在空间压力梯度作用下会发生互相倾斜靠拢现象,非连续的火源表现出了大面积火灾燃烧特征。随后重点研究了倾斜通道内烟气控制的临界风速,结合理论分析与经验公式,建立了水平通道烟气逆流距离预测模型,发现无量纲临界风速与无量纲热释放速率成1/3次方的关系,这与Wu和Bakar结论一致,但本工作得到的无量纲临界风速稍高,差异可能源于燃料的不同,最后得到了无量纲临界风速坡度修正公式。利用外部缠绕热电阻丝的竖井模型(5cm×5cm×200cm)进行了不同开口条件下的缩比实验,结合FDS数值模拟,研究了定温竖井内外压差沿竖井竖向分布规律,得到了压差分布静力学方程,随后对不同开口条件下竖井内压力场与速度场分布给予了详细描述,最后研究了竖井开口方式对于压力分布的影响。为得到竖井火灾中羽流前锋上升时间,搭建了小尺寸竖井火灾实验台(20cm×16cm×120cm),测量了竖井内温度分布,得到了两端开放竖井及底部封闭竖井中羽流前锋上升时间半经验公式。随后,对不同开放形式竖井内热烟气上升驱动力(浮力及烟囱效应)进行了定量计算与对比分析。为进一步对竖井结构内热驱动流体蔓延流动特性进行研究,搭建了一中尺度竖井实验平台(1.5m×1.0m×8.0m),进行了多组中尺度火灾实验,结合CFD-FDS方法研究了不同侧开口条件下竖井内温度场及速度场。最后重点对两端开口竖井内火灾中性面位置双区域预测模型进行了理论推导与实验验证,并与传统Klote模型进行了对比,发现双区域模型预测值均低于Klote预测值,研究认为考虑了火源影响的双区域模型能更加全面合理的预测中性面的位置。