典型的燃油泄漏火灾是具有一定厚度的油池火,以及可能引发喷溅现象的垫水池火。火焰高度和燃烧速率是描述其燃烧过程最基本的特性参数,而燃料所接收的热反馈量将决定着燃烧过程的发展。通过对小尺度非稳态油池火进行实验研究可以深入认识其燃烧过程和特性,而对火焰热反馈进行理论分析可以进一步了解油池火的热传递机理,分析出热反馈的主导因素,从而为控制油池火灾提供理论依据。正庚烷和航空煤油是两种具有代表性的燃料,前者为纯净物且闪点和沸点较低,后者为混合物且闪点和沸点较高。本文首先通过模拟实验,研究了正庚烷和航空煤油池火的非稳态燃烧特性及温度分布；随后实验研究了垫水池火的燃烧特性及薄层喷溅现象；最后通过热平衡分析对小尺度油池火非稳态燃烧过程的热反馈规律进行研究,建立热反馈和燃烧速率计算模型。论文具体工作包括：利用火灾科学国家重点实验室多功能火灾实验厅开展小尺度油池火和垫水池火燃烧实验。实验中油池直径有0.10m、0.14m、0.20m和0.30m四种,初始油层厚度为6.4mm、12.8mm和19.6mm,燃油初温在室温到燃料沸点之间选取,垫水层厚度取12.8mm。利用质量称重系统研究油池质量损失速率的实时变化情况,借助微细热电偶测量燃料和池壁温度分布,采用数字摄像机获取火焰和液面数字图像从而对油池火焰高度特征及液相沸腾状况进行研究。研究了小尺度油池火火焰高度和燃烧速率的即时变化情况。结果表明,小尺度油池火非稳态燃烧过程可以划分为预燃、稳定燃烧、沸腾燃烧以及衰减熄灭等四个典型燃烧阶段,通过沸腾理论分析发现池火发生沸腾燃烧的条件是池壁温度超过燃料沸点,因此燃料沸点越低油池越容易发生沸腾燃烧现象,且沸腾强度随着初始油层厚度和燃油初温的升高而增大。对于沸点较高的燃料,初始油层厚度较大或者燃油初温较高时,才会发生沸腾燃烧现象。分析了油池直径、初始油层厚度、燃油初温和垫水层等因素对小尺度油池火燃烧速率的影响。结果表明,在实验范围内,稳定燃烧速率、沸腾燃烧速率和平均燃烧速率均随油池直径的增加而增大,并且燃烧速率与油池直径之间满足一定关系；随着初始油层厚度增大,稳定燃烧阶段增长,稳定燃烧速率基本保持不变,而沸腾燃烧速率显著增加；随着燃油初温升高,稳定燃烧阶段显著缩短,稳定燃烧速率变化不大,但沸腾燃烧速率显著增加；垫水燃烧时,庚烷池火没有发生沸腾燃烧,其燃烧速率略低于未垫水工况,而航空煤油池火在发生喷溅现象后燃烧速率显著增加。通过小尺度垫水池火实验研究了薄层喷溅现象的发生条件和特点。结果表明,小尺度垫水池火发生薄层喷溅现象的条件是油／水界面温度超过水的沸点,因此只有沸点远大于水的航空煤油池火发生了薄层喷溅现象,而沸点小于水的庚烷池火则只发生了局部溅射现象。对喷溅现象相关参数的研究表明,预喷溅燃烧速率随着油池直径的增加而增大,而随初始油层厚度变化不大；喷溅起始时间随油池直径增加而增大,与初始油层厚度几乎呈线性关系,根据其斜率可以得到平均热波穿透速率,其值随油池直径增加不断增大；已燃质量比随初始油层厚度增加而增大,随油池直径增加先增大后趋于稳定；喷溅强度则随初始油层厚度增加有所增大,随油池直径增加显著减小。通过热平衡分析对小尺度油池火非稳态燃烧过程的热反馈规律和燃烧速率进行理论分析和计算。结果表明,通过热反馈分析计算得到的火焰发射功率与前人测量的油池顶面附近平均辐射通量比较接近；计算得到的瞬时燃烧速率和稳定燃烧速率与实验结果比较吻合；在实验范围内,小直径池火热反馈以对流热反馈模式为主,大直径池火则以辐射热反馈为主；在小尺度薄油池火燃烧过程中,池壁热损失对燃烧速率大小具有强烈影响,是不可忽略的。