充分理解生物质热分解反应动力学是森林火灾研究和能源系统设计的基础。本工作致力于生物质热分解反应的动力学方法和相关过程研究。一方面,基于搜索算法的优化动力学方法在动力学分析领域获得了广泛应用,该方法的性能已成为当下共同关注的重要问题。本工作尝试从三个方面改进优化动力学方法,并基于氮气下松树皮热解的热重(TG)实验数据评估优化动力学方法的性能。另一方面,森林火灾中可燃物通常以混合物的形式出现,而如今关于森林可燃混合物热分解的相互作用研究较少。本工作分析了非混合以及混合森林可燃物的热分解过程。本工作的具体内容有:(1)综合运用优化动力学方法与传统动力学方法。使用Kissinger方法初步评估质量损失速率(DTG,TG曲线一阶导数)峰值对应的子反应活化能,使用等转化率方法比较不同子反应活化能的相对大小,采用两点法初步评估第一个子反应活化能和指数因子的下限值。结果表明,基于此方法进行遗传算法计算,比采用盲目搜索范围进行遗传算法计算的效率更高。(2)提出基于动力学补偿效应和峰值温度的优化动力学方法,命名为ETp方法。结果表明,ETp方法高效、稳定、抗噪、易于操作。该方法适用于大量动力学模型和反应机理函数,因而适用于大量材料的热化学反应过程。(3)遗传算法(GA)在动力学研究中长期占据主导地位。近几年,更多搜索算法被引入本领域。本工作比较了 20种搜索算法的性能,以指导动力学领域搜索算法的选择。其中许多搜索算法在本领域几乎没有被使用过。结果表明,改组复合进化算法(SCE)十分适用于优化动力学方法。此外,基于这20种搜索算法时,ETp方法均比从前的优化动力学方法更高效且通常更稳定。(4)探究生物质-生物质、生物质组分-生物质组分、生物质-土壤混合物热分解相互作用规律。氮气和空气下TG实验数据表明,在热分解过程中,部分生物质组分-生物质组分混合物相互作用较强,生物质-土壤混合物相互作用较弱,生物质-生物质混合物相互作用最弱。建立了非混合生物质和土壤材料氮气下三步平行反应热解模型,以及空气下四步平行反应燃烧模型。随后,基于可加性,建立生物质-生物质、生物质-土壤混合物热分解模型。并提出一种分析混合物热分解相互作用影响动力学机理的方法。结果显示,空气下部分生物质-土壤混合物燃烧过程的相互作用促进了木质素分解,抑制了生物质炭燃烧。