稻谷是我国重要的战略储备物资,稻谷的安全储存,关乎国家民生大计。随着社会的发展和科技的进步,我国大部分粮仓都进行了机械化建设和信息化管理,大大降低了粮仓发生火灾的可能性。目前,粮仓火灾安全的防范重点主要集中在建筑、机械电气设备及人行为的安全管理,而对粮仓内的粮食着火后的燃烧特性缺乏了解。本文针对粮仓内储存的典型粮食——稻谷进行了多尺度、多影响因素的系列实验研究,分析了稻谷的着火及燃烧蔓延特性。首先,基于热重分析仪器,将粉碎的稻谷、稻壳及稻米在空气及氮气气氛中进行了多个升温速率的热重实验。其在空气气氛中的热重曲线表明,稻谷的最大失重峰出现在约300℃,且峰形高而窄,意味着其在该温度下释放出大量的可燃挥发性物质。此外,针对完整的单粒稻谷,进行了空气气氛中的定温热重实验。结果表明,在环境温度达到245℃时,稻壳开始开裂,稻壳内部的稻米呈熔融态溢出,并与稻壳粘结成炭。当环境温度低于250℃时,单粒稻谷主要处于脱水阶段;环境温度处于350℃时,单粒稻谷已经开始第一阶段的氧化热解,产生的炭化物质需要在更高的温度下才能分解;当温度高于500℃时,稻谷开始第二阶段的残炭氧化,最终仅余少许无机物灰烬。为研究含水率及贯穿气流对稻谷燃烧特性的影响,基于贯穿气流燃烧实验平台,主要进行了两个系列实验。结果表明,含水率对稻谷的可燃性有较大的影响。在无贯穿气流或贯穿气流较小的情况下,含水率13%的稻谷难以引燃,而含水率3%的稻谷易被点燃并形成剧烈燃烧。含水率14%稻谷堆垛在不同流速的贯穿气流中燃烧实验表明,对于实验中给定的点火条件,稻谷堆垛的引燃存在一个最小临界气流速度(0.6m/s)。同时,贯穿气流速率越大,其着火风险越高。稻谷堆垛被点燃后,堆垛表面以下发生了三个阶段的较为隐匿的火蔓延过程:(Ⅰ)阴燃蔓延阶段;(Ⅱ)明火蔓延阶段;(Ⅲ)阴燃水平蔓延阶段。此外,分别计算了稻谷阴燃和明火蔓延的速率,揭示了其随空间位置和气流速率的变化规律。实验指出,贯穿气流下的稻谷堆垛着火,其内部真实火势发展程度,可能超过表面观察的估计结果,故因加强稻谷堆垛内部的温度监测。最后,以露天稻谷堆垛真实火灾场景为背景,进行了外加热辐射环境下不同环境风速中的稻谷上坡火蔓延实验。实验结果表明,稻谷的燃烧仅发生在表层。因为稻谷燃烧后表面产生孔隙率较小的结炭层,该结炭层不仅削弱了外部热流辐射和燃烧火焰对深部稻谷的热量传递,还阻碍了空气向稻谷内部的扩散,最终导致燃烧仅停留在稻谷表层。在点火源持续作用及外加热辐射的条件下,风速越大,稻谷的引燃时间越长。着火后,稻谷燃烧的火焰前锋蔓延速率呈减速趋势。风速越大,稻谷的全局平均火蔓延速度越快。稻谷燃料床远端热流辐射的减弱,以及稻谷的表面结炭行为,是造成稻谷的特殊的着火燃烧及火焰蔓延行为的主要原因。