机舱作为船舶的动力源,其安全性是船舶正常运转的基本保障,然而其火灾总数却占船舶火灾总数的75%,极大威胁着船舶航运及人身、财产安全。而机舱作为不良通风的受限空间,具有机械强气流通风、局部低氧气浓度及复杂结构布置等环境特点,对舱内油池火灾场的发展变化均具有显著的影响。但现有研究中,机舱较多的被简化成具有简单壁面通风口的单一受限空间,忽略了舱室环境对油池火的影响。因此,本文基于舱室中不同气流强度和不同初始氧气浓度等环境条件,研究油池火在复杂多层结构机舱内的燃烧及演变机理,对船舶安全具有十分重要的意义。本文主要工作和研究成果如下:1、针对舱室不同气流强度环境特点,搭建了横向气流作用下油池火蔓延实验平台。研究了不同气流速度（0 m/s-2.4 m/s）对矩形油池火的火焰形态、传播及燃烧的影响。同时,提出一类通风气流作用下矩形油池火焰几何形态的分析方法,揭示了不同气流强度下伴有表面火焰传播现象的油池火燃烧特性。研究发现:一方面,强气流改变了油池火典型的发展特征,其最高质量损失速率与气流速度之间存在立方变化关系。并基于热辐射理论,建立了燃油表面热流密度的函数方程,表明高速气流可降低油池远端燃油的热流密度,也可使远端冷油区内部温度升高率近乎相同。另一方面,强气流使矩形油池火焰呈非统一的倾斜状态,并存在火焰基底拖拽现象,该拖拽长度与壁面高度、气流速度存在幂次积无量纲关系。且火焰蔓延前锋的波动幅值为火焰加热长度,并建立了蔓延速度与不同气流下加热长度之间的耦合关系。另外,发现火焰变化由多组混合频率信号共同组成,单一Fourier频率分析不能准确获取火焰周期变化特性。提出运用多层分解及时频分析法,得到了火焰低频及高频周期变化特点,且各频率随气流速度的增大而增大。此外,提出一类基于羽流周期变化计算非统一火焰高度及倾斜角度的方法,发现不同油池位置处瞬态火焰高度围绕其平均高度波动,且火焰倾斜角度沿油池纵向呈非线性分布特性,并建立了火焰平均高度、倾斜角度与瞬态热释放率、火焰位置、气流速度之间的数学模型。2、针对舱室内不同初始氧气浓度（18%—21%）的环境特点,进一步搭建了密闭受限空间油池火燃烧实验平台。研究了不同直径油池火焰燃烧状态、火焰温度、烟气运动变化特性。扩展了受限空间内油池火焰形态特征与多因素研究的适应性范围,并揭示了不同初始氧气浓度环境对油池火焰燃烧特性的影响。研究发现:低氧气浓度导致燃油质量损失速率的稳定阶段几乎消失。且火焰周期振荡频率f随初始氧气浓度YO2的降低而升高,并满足:f/（g/D）1/2=0.21(YO2/ Y∞)-5.6。火焰高度对初始氧气浓度同样具有较强的敏感性,并修正了传统火焰高度的经验公式。另外,火焰羽流温度随羽流高度升高的衰减速率是初始氧气浓度幂次积函数,通过建立羽流温度与氧气浓度之间的瞬态关系,显示温度变化率正比于氧气浓度变化率。而火焰连续区的温度为一恒定值Φ=19Ψ,Ψ由初始氧气浓度及燃油热物性共同决定。此外,烟气层下降速度及燃烧产物浓度近似与初始氧气浓度呈正比。3、基于上述两类环境,采用大涡模拟技术,结合FDS（Fire Dynamics Simulator）软件平台,对复杂环境下多层结构的散货船机舱油池火灾进行了数值模拟研究。在一定程度上拓宽了机舱火灾的研究内容。研究发现:强通风气流环境下,火焰区存在两列旋转方向相反的涡旋及双列线涡拟序结构。并且流入燃烧区的空气存在正、反涡旋间隔排列的拟序现象。同时,受气流影响,烟气在各区域内的流动并非均匀,且烟羽流与顶棚之间形成“Y”型高温区。此外,不同初始氧气浓度可使火焰传播形成近似正弦周期性变化的倾斜状态,其周期大小与氧气浓度成正比。另外,顶棚下方“Y”型高温区消失,沿油池中心法向两侧各存在温度波峰,并建立了适用于不同初始氧气浓度的烟气层最高温升无量纲方程。