基于雷诺时均方程的RANS方法已在工程流动以及火灾过程模拟中发挥了很大作用,但是由于RANS方法所采取的平均操作抹平了湍流脉动运动的细节,丢失了包含在湍流脉动运动中的全部信息,尤其是对于湍流运动中的一些大尺度涡结构.湍流流动中的大部分质量、动量和能量的输运主要来自大尺度涡运动,如火灾过程中大尺度涡结构在热羽流中就具有明显作用.大涡模拟(LES)方法通过对大尺度涡进行直接计算,而对小尺度涡进行亚格子尺度模拟.一方面降低了对模型的依赖性,另一方面可以给出流场中瞬时的大尺度涡结构.近年来随着计算机技术和数值算法的发展,大涡模拟技术在火灾过程的计算机模拟中受到越来越多的重视.本文主要进行了以下研究:1.本研究首次开发了基于大涡模拟的建筑火灾场区复合模型.为了准确地预测着火房间的物理量分布,采用大涡模拟的方法对其进行模拟,采用体积守恒压力校正的区域模拟方法模拟与着火房间相连的各房间的烟气蔓延情况;结果表明该复合模型很好模拟出了建筑火灾中烟气的运动规律,对火灾过程的工程评估计算具有一定应用价值.2.湍流燃烧中小尺度结构的行为极大程度上影响了湍流混合和化学反应地进行.因此在湍流燃烧的大涡模拟中,需要精确地对亚格子尺度反应过程进行模化.本研究开发了基于亚格子尺度层流小火焰模型的火灾过程数值模拟程序.推导并求解湍流亚格子尺度层流小火焰燃烧模型中相关的控制方程及其过滤方程,进行了不同组分燃料在不同拉伸率下的层流对撞射流(Counter-Flow)扩散火焰的计算,编制计算程序对层流扩散火焰的计算结果进行处理,以标量耗散率为参变量建立化学热力学状态参量与混合分数之间的数据库.采用所开发模型对Steckler单室火灾实验进行了模拟,并与实验数据进行了比较.3.针对回燃现象的复杂过程,本研究首次采用基于反应进度变量和亚格子尺度小火焰模型的燃烧模型对回燃实验进行了模拟研究.对回燃实验中点火前的重力流过程、点火后的火焰传播和腔体外的可燃混合气被点燃而产生火球的整个过程进行了详细的数值模拟.并分析比较了两种不同的回燃实验条件下重力流过程和火焰传播的不同特点.