隧道内的通风排烟系统在控制烟气蔓延、减轻高温火焰对隧道结构及人员伤亡方面具有重要作用。本文通过模型试验、理论分析及数值模拟的方法旨在对集中排烟公路隧道内火灾烟气层吸穿特性进行研究,以期为隧道排烟系统中风机风量的设计提供理论支撑。其主要研究工作及获得的成果如下:为揭示集中排烟公路隧道内火灾烟气层吸穿演化过程,通过缩尺寸模型试验,研究不同机械排烟量对烟气层吸穿的影响,分析了集中排烟公路隧道内不同机械排烟量下排烟口下方烟气层温度、厚度等的变化规律,并借此将烟气层吸穿过程分为三个阶段:未吸穿区、过渡区、完全吸穿区;结合临界弗洛德数对比分析了两种临界排烟速率之间的差异,结果表明集中排烟模式下烟气层被吸穿时的排烟速率大于由Morgan提出的临界弗洛德数取1.5时计算得到的临界排烟速率,通过试验分析得到了公路隧道集中排烟模式下烟气层发生吸穿的临界弗洛德数F_c(the critical froude number)分别为1.2和1.8。为合理设计公路隧道排烟系统的排烟量,采用缩尺寸模型试验的方法,研究临界排烟速率对公路隧道集中排烟系统排烟效率的影响。通过测量5种火源功率、不同机械排烟量条件下排烟口下方烟气层温度、厚度,得到不同火源功率下发生吸穿时的临界排烟速率试验值,将试验值与Heselden模型、TM19-1995模型计算值进行对比,分析这两种火灾场景下临界排烟速率计算模型的差异性,并在TM 19-1995模型的基础上,引入修正系数,得到了修正后随无量纲火源功率变化的集中排烟公路隧道临界排烟速率计算模型。为明确集中排烟模式下纵向补风量的合理设计范围,通过全尺寸数值模拟,分析了三种典型车辆火灾规模不同纵向补风量下的烟气蔓延距离、沉降高度及排烟效率等变化规律,得到基于这三种指标约束下纵向补风量宜设计在集中排烟量70%~90%之间。