森林植被或建筑木质结构燃烧、亦或是高压电线与树木的相互作用会产生木质飞火颗粒,还有烟花燃放(燃烧的微小颗粒)、电焊操作(高温不燃烧的热颗粒)、工业磨削或高压电线碰撞等会产生高温金属颗粒,均可在外界火焰流场及环境风作用下,运动到其源头之外相对远的区域,形成新的点火源,点燃森林可燃物、建筑屋顶等建筑外部材料或建筑外立面保温材料等,导致新的火灾事故或加速跳跃式火势蔓延。此类火灾现象称为飞火。飞火是大尺度森林火灾及森林-城镇交界域火灾中常见的火灾现象,飞火颗粒点燃森林可燃物或建筑结构是导致森林大火及森林-城镇交界域大火发生的重要潜在蔓延途径。与大量研究的传统火蔓延(直接明火接触点燃和火焰辐射点燃)相比,飞火颗粒点燃森林可燃物或建筑结构的点燃方式有很大不同,因此亟需研究飞火颗粒的点燃过程进而填补该研究领域的空白。本论文研究目的是认识高温飞火颗粒点燃建筑外立面保温材料和森林可燃物的基本点燃过程,并建立物理模型揭示其点燃现象及机理。本文的具体工作如下：采用非等温热重和差式扫描量热法,研究低密度建筑外墙保温材料的点燃及燃烧过程中的热解动力学特性。基于固体材料的热解失重曲线,采用等转化率方法和模式函数法,研究了典型建筑保温材料在空气气氛条件下的热解动力学规律,并通过DSC曲线获得了各个热解失重阶段的放热量。基于上述热解动力学研究获得的聚氨酯泡沫和聚苯乙烯泡沫氧化热解阶段的动力学参数及反应放热量,结合经典热点理论,分别以氧化铝颗粒和金属镁颗粒为例,建立了高温颗粒点燃聚氨酯泡沫和聚苯乙烯泡沫的临界条件,模型初步预测了理想情况下热颗粒对保温材料的点燃规律。为深入研究热颗粒的点燃行为,我们建立了热颗粒点燃保温材料的实验平台。实验研究了惰性金属热颗粒(直径6mm至14mm,温度900℃至1100℃)点燃低密度聚苯乙烯泡沫(18或27kg/m3)的过程。实验研究表明：热颗粒对聚苯乙烯泡沫的点燃过程仅发生于颗粒在材料表面的滚动过程及颗粒在材料表面滚动停止且未完全进入燃料床的时间间隔内。金属热颗粒对低密度聚苯乙烯泡沫的临界点燃温度与临界颗粒尺寸呈现双曲线关系,即颗粒直径从6mm升高至14mm时,临界点燃温度将从1030℃降至935℃。与文献中高密度森林可燃物对比发现,聚苯乙烯泡沫的临界点燃温度较高,且点燃转变区域较窄,导致热颗粒点燃对颗粒尺寸呈现弱的依赖关系。实验结果表明,燃料床的密度和厚度对点燃概率和质量损失速率的影响较弱。理论分析表明,热颗粒在聚苯乙烯泡沫的点燃过程中不仅充当加热源的作用,而且充当先导点燃源的作用；热颗粒对聚苯乙烯泡沫的点燃过程是材料热解气和周围空气的混合时间与颗粒在材料表面的滞止时间相互竞争作用的结果。基于热颗粒点燃保温材料的实验现象,我们建立了描述热颗粒点燃聚苯乙烯泡沫的气相点燃数值模型,该模型耦合固相热解反应、气相化学反应及可燃热解混合气的自然对流作用。数值模型获得了不点燃、不稳定点燃及稳定点燃三种点燃机制。数值模型可以较好地预测实验获得的热颗粒点燃的临界条件。鉴于建筑外立面保温材料和森林可燃物的热解、燃烧特性的差异,通过改造热颗粒点燃的实验平台,进行标准化实验操作,研究在环境风(O～4m/s)作用下,惰性金属热颗粒(直径6mm至14mm,温度600℃至1100℃)对不同含水率的松针燃料床(6%至35%)的点燃过程。研究主要关注和讨论热颗粒直接明火点燃、阴燃点燃、阴燃向明火转变的点燃过程。持续点燃的临界颗粒温度(Tp.crt=1800(1+4FMC)/d+500[℃]关系式)随颗粒尺寸的降低和燃料床含水率的增加而减小,热颗粒的最大加热效率近似ηsp=10%。随着热颗粒尺寸的增加,燃料床含水率的影响会变弱。实验测量了金属热颗粒对松针燃料床的两种明火点燃时间。该时间随颗粒尺寸和风速的增加而减小,随燃料床含水率的增加而增加。理论分析解释了临界点燃条件、点燃延滞时间以及直接点燃与阴燃之间的关系。理论分析也表明：在快速的热颗粒直接明火点燃过程中,热颗粒不仅充当加热源的作用,而且充当先导点燃源的作用。而在阴燃点燃和阴燃向明火的转变过程中,热颗粒仅充当加热源的作用,明火点燃的转变过程是易燃混合气体的自发点燃过程。