火旋风是一种特殊的火灾现象,在森林火灾中经常发生。火旋风大多是由火羽流与周围环境相互作用产生的。浮力驱动的火羽流随着热气流的上升从附近的流体中排出,剪切风速形成的涡流在火源的作用下聚集,沿着火羽流的轴线生成涡核,最终形成火旋风。火旋风现象中产生的旋转运动能增加火羽流的高度和燃料的燃烧速率,因此,火灾中一旦出现火旋风将会造成巨大的人员伤亡和重大的经济损失。本文对火旋风进行了实验研究和数值模拟。实验采用一个在边角处开有单个缝隙的四棱柱体来模拟火旋风的发生。实验结果表明,火旋风能够增加燃烧速率,提高燃烧温度;不同面积和形状的油池以及单个缝隙的开口宽度都对旋风火焰的结构有很大的影响。在数值模拟中,首先分析了单个缝隙与对称缝隙分别形成火旋风现象的情况,然后模拟了不同的缝隙开口宽度和热释放速率对火旋风热流场的影响。模拟结果表明,对称缝隙更加容易形成火旋风;对称缝隙的开口宽度和燃烧速率对火旋风现象的影响也遵循一定的规律。另外,为了从理论上解释浮力旋风火焰的速度场,将所有情况下的模拟结果与涡模型的理论分析解进行了对比分析。对比结果表明,当形成的火旋风越稳定时,模拟结果与理论分析解符合得越好。本文的研究结果不仅可以为火旋风的实验研究提供依据和指导,还可以为涡理论的发展提供一些参考。