坡度是影响森林地表火蔓延的重要因素,前人对坡度的研究大多集中于上坡火蔓延,而下坡火蔓延作为一种典型的森林地表火蔓延形式却受到较少关注,缺乏对其传热机制的深入分析与模型研究。本文主要研究线火源引燃条件下坡度对下坡火蔓延过程的影响,使用松针(Pinus massoniana)作为燃料,在变坡度燃料床上开展了四种坡度(0°,10°,20°,30°)及两种载荷(0.4,0.8 kg/m2)条件的下坡火蔓延实验。重点分析了火蔓延过程中的火蔓延速率、火焰形态(火焰长度、火焰倾角)、火前锋燃料质量损失、火前锋周边流场、燃料床表面及内部的温度分布和火前辐射热流等随坡度的变化趋势。实验结果表明,火前锋燃料质量损失随时间呈现线性增加的趋势,表明本次实验中的燃料床尺寸能够保证火蔓延达到稳定状态。下坡火蔓延速率随坡度的增加呈现先减小后增加的趋势,这与前人文献中描述的规律相一致。火焰倾角随坡度呈现线性增加的趋势,而火焰长度受坡度影响较小。根据火焰前方布置的皮托管得到的气体流速数据显示,火前存在逆向卷吸气流且流速随坡度的增加而增大,此时火前逆向卷吸的冷空气会对燃料产生对流冷却作用。根据在燃料床上表面与燃料床底部布置的两根热电偶温度数据显示,火前锋与燃烧区界面几乎同时到达两根热电偶,表明此时燃烧区界面垂直于燃料床,即在本实验中可以将燃料床近似看作热薄型。在燃料床尾端布置的辐射热流计数据显示,两种载荷条件下坡度为30°时辐射热流计接收到的火焰辐射热流均大于平坡时的辐射热流,但计算得到的火焰面与辐射热流计表面间的视角系数却随坡度的增加而减小。通过分析斯蒂芬-玻尔兹曼定律发现,辐射热流与视角系数随坡度呈现相反的变化规律可能是由于火焰发射率所引起的。视角系数的减小对火焰辐射热流的影响可以由火焰发射率的增加所补充,使得高坡度下热流计测得的火焰辐射热流更大,进而对火蔓延速率产生影响。根据上述对下坡火蔓延传热过程的分析,本文对下坡火蔓延火焰前方未燃燃料微元建立能量平衡关系式,对火蔓延速率进行预测。在模型中综合考虑了火焰辐射、燃烧区辐射,燃料微元的自然对流冷却及辐射热损项。模型的计算结果表明,火焰辐射加热在下坡火蔓延过程中发挥了主导作用,而燃烧区对未燃燃料的辐射加热作用在近火焰区不可以忽略。