理解和揭示不同场景下固体燃料的火蔓延和燃烧过程与行为,对火灾学基础研究、实际消防扑救与消防安全设计十分重要。根据气流方向与火蔓延方向的关系,可以将火蔓延分类为顺风火蔓延和逆风火蔓延。相对来说,顺风火蔓延的火焰发展速度更快,火灾危险性也因此更大。此外,关于顺风火蔓延的Emmons经典理论以及随后发展的相关理论研究中基本都包含有一条重要的基础假设,即热边界层和速度边界层开始发展的起点位置相同。但无论是在实际火灾场景,如建筑外立面火灾、森林火灾,还是在实验装置设计中,燃料段的上游通常存在有一段不燃段。前置延长板的存在使得速度边界层的发展先于热边界层,因此Emmons推导出的理论解不能直接应用于前置延长板存在时的场景。此外,前置延长板的存在对边界层流动以及扩散火焰产生的复杂影响还未被系统地研究。因此,本文在强迫对流、浮力对流和混合对流三种典型对流主控模式下,采用典型热塑型固体材料甲基丙烯酸甲酯（PMMA）,通过改变气流速度和前置延长板长度,实验和理论研究了前置延长板对热厚固体材料顺风火蔓延过程以及燃烧行为的影响机制。研究发现,在强迫对流主控模式下,前置延长板对流场结构和火焰结构有两种控制机制,因此对火蔓延和燃烧产生非单调影响。当水平前置延长板长度小于临界长度,在燃料受热段上,压力梯度诱导的加速度和粘度诱导的加速度促进流体的局部流动加速,速度剖面发生S形畸变。从而导致燃料段前端的燃料蒸气反向扩散。因此在前置延长板上观察到蓝色振荡火焰,火蔓延速率降低。当前置延长板长度增加到临界长度后,火焰上游的边界层充分发展,在受热段上引入了明显的压力梯度场和密度梯度场,从而导致Kelvin-Helmholtz不稳定性,引起涡流结构的产生。因此,火焰中出现流线型条纹等相干结构,弯曲的条纹不断地卷吸新鲜空气,促进燃烧和火蔓延发展。最终随着前置延长板长度的增加,根据火蔓延速率可以划分出缓慢火蔓延区域、快速火蔓延区域以及稳定火蔓延区域。此外通过对火蔓延特征参数的分析发现,条纹火焰的存在促进了层流到湍流的转变。该实验结果提供一种有效的控制火蔓延的技术思路,即通过对前置绝热延长板长度的选择,将火蔓延速率和火灾风险降至最低。另外,针对条纹火焰,建立了包含前置延长板长度影响的无量纲燃烧速率与雷诺数的理论关系。根据瞬态无量纲燃烧速率,可以把PMMA燃烧段分为前端、中间段与尾端。在“山谷效应”和移动边界层影响下,前端的燃烧速率与对流换热系数随时间减小,尾端的燃烧速率与对流换热系数随时间增加。前置延长板长度越短,涡流强度越大,燃烧速率越大,因此前端的“山谷效应”越明显,燃烧过程也更快地接近于稳态。在浮力对流主控条件下,前置延长板单调影响固体火蔓延和燃烧行为。在向上火蔓延中,根据质量损失速率,可以把燃烧阶段划分为火蔓延阶段、深度热传导阶段和稳定燃烧阶段。浮力对流主控条件下,燃料段上的速度是浮力诱导风速和强迫气流速度叠加的结果。因此,前置延长板长度越长,边界层厚度越大,燃料表面附近的气流速度越小,火蔓延速度单调减小。另外,在浮力对流主控下的向上火蔓延中,随着时间的发展,火焰中也会存在不稳定结构。但这与在强迫对流中由于Kelvin-Helmholtz不稳定性引发的涡流结构不同,这是在重力作用下密度差引发的Rayleigh-Taylor不稳定性导致的。并且在浮力对流主控条件下,固体的燃烧过程中也存在明显的“山谷效应”,即燃料段前端的燃烧速率和气相火焰温度随时间降低。前置延长板对向上火蔓延的影响与燃烧时间相关,随燃烧的发展,湍流强度增加,前置延长板的影响逐渐减小。在混合对流条件下,比较气流速度和水平前置延长板长度对燃烧和传热的影响发现,前置延长板对固体燃烧和传热的影响更明显,并且气流速度的影响程度依赖于前置延长板的长度。在混合流动中,根据传热系数沿气流流动方向的变化,利用Nux/Rex+L00.5与GrxPr1/3/Rex+L01.5的关系,将混合对流划分为强迫对流主控区域和浮力对流主控区域,同时建立了包含前置延长板长度影响的无量纲传热系数的分段函数表达公式。发现当前置延长板存在时,GrxPr1/3/Rex+L01.5≈30是强迫对流区域过渡到浮力对流区域的转折点。结果表明,前置延长板的存在缩短了强迫对流区域,拓宽了浮力对流区域。因此,前置延长板促进了强迫对流到浮力对流的转变。本文对典型热厚固体材料顺风火蔓延和燃烧行为开展了理论和实验研究,揭示了前置延长板对扩散火焰结构的影响规律、对固体顺风火蔓延和瞬态燃烧的控制机制、以及对混合对流流场划分的作用机制。本文所得到的研究结果,促进了前置延长板对固体材料燃烧与火蔓延行为影响机制的理解,并有助于在理论和数值模拟研究中进一步完善和丰富火蔓延和燃烧模型,同时也为固体火灾防治技术的发展提供了一定的理论和实验支撑。