近年来,随着中国城市化进程的加快,越来越多的高层建筑涌现,高层建筑火灾问题也随之而出现。建筑火灾问题通常是由单个房间起火的室内火灾引发,当通过开口进入房间的氧气不足时,火灾便发展到通风控制阶段,未燃的燃料伴随高温烟气从房间的开口溢出,在外立面燃烧形成外立面火焰,形成开口火溢流现象。开口火溢流是引发建筑外立面大型立体火蔓延的关键性因素之一。另一方面,设计在房间顶部的开口通常承担了自然排烟、采光等功能,发生火灾时火焰行为、室内流场、火灾演化等与侧面开口腔室火灾不同,其火灾问题也吸引了广大研究人员的注意。然而,前人针对侧面开口火溢流以及顶部开口腔室火灾的研究主要基于常规通风条件,这与实际的建筑火灾所处的外部环境风情形有所区别。环境风通常会显著影响火焰行为以及火灾演化,然而前人对此研究仍相对不足。本文以环境风作用下侧面开口腔室火灾与火溢流特征参数、以及顶部开口腔室火灾行为特性研究为核心,利用搭建的缩尺寸实验平台开展了环境风作用下侧墙、挑檐等边界条件下的开口火溢流特征参数、以及顶部开口腔室火灾演化特性的实验与理论分析研究,同时进行了 CFD数值模拟观测了流场、氧气浓度等参数的演化规律,基于火溢流卷吸模型、流体力学原理,揭示了不同边界条件对上述演化行为和特征参数的影响机制,并通过理论推导提出了相应边界条件下的表征模型。本文的研究工作主要包括以下几个方面:(1)研究了环境风和侧墙耦合作用下的建筑外立面开口火溢流火焰高度演化行为。揭示了耦合作用下外立面火焰高度随侧墙间距的减小而升高、随环境风速的增大而降低的演化规律,分析了外立面火焰的空气卷吸机制,揭示了环境风和侧墙的耦合作用机理,从理论上表征了耦合效应对立面火焰高度的影响,并建立了环境风与侧墙耦合作用下外立面火焰高度预测模型。(2)研究了环境风作用下开口火溢流在水平挑檐下方的扩展行为与机制。揭示了环境风作用下开口火溢流在水平挑檐下方的扩展长度随环境风速的增大而减小、随挑檐高度增大而降低的演化规律,并发现了开口火溢流火焰在平行于环境风方向的扩展长度小于其在垂直于环境风方向的扩展长度的现象,借助于CFD模拟分析了环境风对挑檐下方开口火溢流火焰扩展行为的影响机制,分别建立了环境风作用下开口火溢流火焰在挑檐下方平行于环境风和垂直于环境风方向的扩展长度预测模型。(3)研究了环境风作用下顶部开口腔室火灾温度演变和火焰行为特性。针对顶部开口的伯努利流动(开口尺寸较小),发现了火焰熄灭现象,火焰熄灭的热释放速率与环境风速和火源位置无关,而随开口尺寸的增大而增大;针对顶部开口的振荡交换流(开口尺寸较大),发现了环境风作用下火焰转折现象,火焰转折的热释放速率随环境风速增大而降低、随开口尺寸的增大而升高,而与火源位置无关。揭示了室内温度分布以及火焰行为的演化规律,借助于CFD模拟并基于流体力学原理,分析了室内流场特性,揭示了环境风以及火源位置对温度演化以及火焰行为的影响机制;通过对开口处空气交换速率的分析,提出了相应的弗洛德数,建立了火焰转折现象的临界热释放速率的表征模型。