复合排烟模式兼顾了纵向通风、集中排烟模式的优点，代表了未来隧道火灾烟控的新方向，具有广阔的工程应用前景。究其物理本质，其烟气控制问题实质上可以抽象为火源热烟羽在上游垂直风流、排风诱导斜向风流扰量耦合作用下的复杂扩散与控制问题。本文以此为论文的研究重心。在深入探讨上述扰量耦合作用之前，本文首先建立了逆流区two-layer流动模型、火源下游热扩散模型，对上游垂直风流单独作用下热烟气扩散规律、以及长大坡度隧道烟囱效应进行了深入的探讨。借助CFD模拟，对临界风速的影响因素进行了全面系统地分析，与已有的火灾燃烧实验成果相比，具有良好的一致性，回归整理得到一广义适用区间的临界风速无量纲准则关联式，并结合CFD分析，进一步指出Kennedy模型的不足及修正方法。在总结前人火灾实验研究的基础上，本文提出一种新的火源设计构想：基于燃烧化学反应方程式、经典火灾燃烧实验数据，计算得到不同火灾强度下燃烧参数，将火源模化为强热源诱导的高温浮射流。根据密度修正弗诺德准则Fr设计热态火灾实验，搭建1／14几何缩尺、1／8温差缩尺、0.145速度缩尺的复合排烟实验台。针对20MW火灾强度，并考虑上游无风、临界风速送风、4种烟道排风量、2种行车空间高度变化等情况，总共完成16组对比实验工况，获得了1#、3#风口间隧道内热烟气扩散规律，并进一步完成CFD模拟的实验验证。结合某长大隧道设计参数，借助CFD模拟分析了4种上游垂直风速、4种烟道排风量下，风口风量分配、排风温度、效率、水平扩散距离等量的变化。并基于烟控参数寻优目标，计算得到不同火灾热释放速率、隧道坡度、坡向、风口间距变化下优化烟控参数，整理得到适用于工程应用的无量纲准则关联式。最后，关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。