火旋风是一种特殊的火行为,常见于森林与城市火灾中,给生命和财产带来损坏。本质上,它是一般火羽流与周围环境涡量非线性相互作用产生的旋转火焰。与一般池火相比,火旋风的危险性主要表现为火源燃烧速率、火焰高度、上升速度、温度和地面边界层卷吸的增加,从而导致其辐射引燃和诱发长距离飞火能力增强,使得火势跳跃式地加速蔓延。实际火场中涡量的产生和作用于火羽流的机制非常复杂,这导致火旋风的出现具有突发性,难以及时预测。为此,本文利用四面墙-狭缝-火源装置产生稳定的火旋风,并研究其燃烧规律,包括燃烧速率、火焰高度,火羽流特征和火焰辐射特性。另外,设计比例模型实验研究线火源与横向风相互作用,初步揭示移动式火旋风的产生条件与机制和火焰移动机制。首先,分析了拖拽力和火焰侧涡结构,并建立了燃烧速率和火焰高度半经验公式。分析表明,旋转涡旋作用于燃料面会产生一个向上的拖拽力,其在火旋风形成和衰减时起着重要作用。地面边界层处火焰呈现双涡旋结构,而边界层上方火焰侧涡很大程度上被抑制。分析表明旋转环量使得火焰与燃料接触面积和燃料面实际面积都增加,从而导致燃烧速率增加。分析证实,火旋风火焰高度用无旋转火焰高度(即一般池火火焰高度)进行无量纲化之后,仅是无量纲旋转环量的函数,因此建立了新的火焰高度公式,对燃烧速率和旋转环量成功解耦。其次,分析了火羽流特征,并建立了中心线上升速度、径向温度分布和质量流率半经验公式。以经典羽流理论和量纲分析为指导,对火旋风实验数据进行分析。结果表明,旋转环量抑制了火旋风轴向动量在径向方向上的耗散,即旋转环量越大,则上升速度越大。火旋风火焰体内富燃料核对连续火焰区的径向温度分布有重要影响,且火焰体可用圆柱与圆锥的结合体描述。旋转环量抑制了火羽流半径,减小其随高度的增长率。火旋风火焰可划分为下部的层流化火焰区和上部的湍流区。旋转环量改变了地面边界层处径向流入速度型线和增加径向流入速度,从而增强底部的空气卷吸。旋转环量对火焰高度的纯空气动力作用由下部火焰区燃料-空气混合大幅度减慢所主导。然后,分析了火旋风火焰辐射特性,并建立辐射热流密度半经验公式和热辐射模型。实验测量了火旋风辐射热流密度在轴向和径向的分布。通过量纲分析获得无量纲热流密度和无量纲距离,可以很好地拟合辐射热流密度数据。依据实验数据,计算火旋风的辐射份数为42%,是一般池火的1.4倍。辐射热反馈份数随着油盘直径增大而增加,类似于一般池火。通过质量和能量守恒方程,获得了火焰温度与过量卷吸份数和辐射份数耦合关系；与一般池火相比,火旋风的过量卷吸份数较小,使得其火焰温度较高。依据气体辐射容积效应,分析了火旋风火焰表面辐射力随垂直高度的变化,以建立修正的固体火焰模型,可很好地预测辐射热流密度。最后,分析了线性火源与横向风相互作用产生火旋风的条件与机制,以及火焰移动机制。移动式火旋风因2010年巴西荒原火灾而闻名。实验分析表明,线火源产生火旋风的三个基本条件为线性火源不能离地面过高、且与横向风之间有一个合适范围的攻角、以及风速应在某一临界范围内；通过分析涡量线的输运和弯曲,可推测出火旋风的集中涡产生机制为火羽流与地面涡量有效地耦合。通过假定火旋风火焰为刚体旋转,提出一种可能的机制以解释火焰移动,即拖拽力、升力和地面摩擦力共同控制着火焰移动行为。