化石能源的燃烧带来了严重的环境和气候问题,需要探索新的能源清洁高效利用途径。旋流燃烧技术是重要的清洁能源利用技术,而“旋流/火焰相互作用”对旋流燃烧行为有重大影响,一直以来都是研究的前沿及热点所在。本文针对两种旋流-火焰相互作用的新现象开展研究:一是BW火焰（The Blue Whirl）,即火旋风（Fire Whirl）在特定条件下,出现的倒锥形蓝色火焰;二是旋涡热强化效应,即当外围存在温度梯度,如火焰形成的热环境时,具有特定流动结构的冷态旋涡得到加速。本文的研究目标是确定BW火焰的形成条件,揭示其形成机理;探索特定结构旋涡受热强化的原理及相应临界条件。旨在丰富旋流/火焰相互作用的物理认识,为未来发展新的高效旋流燃烧技术及旋流强化方法提供理论基础及重要指导。研究内容包含两大部分,第一部分:（1）BW火焰形态及其形成条件;（2）BW火焰的模化特性;第二部分:（1）特殊旋涡的形态、冷态流动特性及其表征;（2）旋涡热强化效应的原理。研究方法以实验为主。BW火焰的研究表明:火焰的环量-热释放率条件对其形态有决定性影响。火焰长径比是区分不同火焰形态的关键参数,其与旋流数*1)存在=15.49/*21)的定量关系。当2.4<*1)<5.2时,BW火焰稳定存在。这说明旋流占据主导是形成BW火焰的必要流动条件。由此形成的泡状涡破碎使燃料与助燃剂保持快速混合,产生预混燃烧的效果,是BW火焰的形成机理。旋涡热强化效应的研究表明:强旋是形成并维持旋涡特殊中心负压结构的关键因素,其在旋涡内部诱导侧旋涡量,对外部径向卷吸产生强烈抑制,形成旋流强化的正反馈。克罗克定理表明,若维持旋涡轴向流动并增大边界径向温度梯度,可使外部热能转化为切向动能,激发旋涡热强化效应。在此过程中,旋涡与火焰的解耦程度是关键的制约因素。上述成果揭示了BW火焰的形成条件与机理,深化其物理本质认识;明确了旋涡热强化理论依据并提出实验模型,为研究旋流/火焰作用提供指导。