低压火灾是近年来火灾科学领域研究的新热点。常见的低压环境如高海拔地区和高空飞行器舱内环境等,因其一旦发生火灾,扑灭与救援比常压环境更为困难,且其火灾安全问题涉及到重大的政治经济价值,受到了国家的高度重视。因此,开展针对低压环境火灾特性的研究工作刻不容缓,提出适用于低压火灾防治的技术,保障低压环境下人员财产问题是目前亟待解决的问题。而火灾探测作为火灾发生早期甚至极早期的重要防治手段,也需要依据低压火灾行为的变化规律发展适用于低压火灾的探测算法与技术。低压环境下,火灾探测特征参量如烟、光、声、温、色等的变化规律异于常压环境,这些变化使得传统的常压探测算法并不完全适用于低压火灾,容易造成漏报和误报,引起火灾防治和救援的延滞,造成巨大的人员财产损失。常见的固体、液体火灾行为包括热解、挥发、气相燃烧等过程,低压对各个分过程均存在不同程度影响,影响关系错综关联、难以解耦,无法深入、定量地揭示低压对燃烧行为的影响机制。因此,采用燃烧过程相对单纯、可控性好的气体燃料,利用可连续变压的低压舱模拟环境,获取多低气压环境对多工况气体燃烧多参量的影响规律,从而系统、全面、定量地揭示低压下气体射流扩散火焰的燃烧行为与图像特征。因此,本文从火灾动力学、燃烧学的角度出发,研究低压环境(45～100kPa)浮力驱动、动量驱动下的气体射流扩散火焰的燃烧特性和图像特征,揭示低压对燃烧流场、火焰温度、火焰辐射、火焰高度、抬升高度、脉动频率和振荡强度等特征参量的影响规律,建立低压下射流扩散燃烧火焰特性、图像特征与气压的理论关系,为深入认识低压对火灾燃烧细观行为的影响规律、为低压火灾防治技术提供理论与技术支撑。实验研究方面,本文设计研制了适用于QR0-12步入式环境低气压试验舱内实验的气体射流扩散燃烧多参量实验平台,主要包括燃烧系统、精确流量控制与配气系统、彩色图像监控采集系统、热电偶测温、高速纹影测量及热辐射通量测量等部分。并开展了45～100kPa下浮力驱动和动量驱动下的甲烷射流扩散燃烧实验测量工作,通过实验对比和分析,详细研究了低压条件下,气压、质量流量、空气伴流条件对于不同驱动机制燃烧火焰燃烧特性和图像特征参量的影响规律和区别。研究结果表明,火焰温度主要由燃料种类、燃烧状态、火焰辐射、环境气压所决定,受空气伴流条件影响较小。但由于空气伴流引起的空气涡流促进了火焰的脉动行为,空气伴流速度越大,火焰温度波动程度越大,但对于脉动频率和振荡强度影响很小。空气伴流主要影响燃氧比条件,当空气伴流增大时,燃氧比减小,火焰中碳黑氧化区间增大,热辐射强度增强。当伴流速度ua增大时,火焰受到抑制而缩短。浮力驱动火焰平均温度小于动量驱动火焰,但与Fr数并无太大的依赖关系；浮力和动量驱动火焰辐射均随着Fr数的增大而增大,增速逐渐减缓。火焰高度随Fr数的增大而增大,且在实验中发现动量驱动火焰在70kPa出现高度拐点。两种燃烧机制下火焰脉动频率表征量St数与Fr数的关系一致：St∝Fr-0.48。低压环境下,随着气压的降低,氧气质量密度下降,相对应地射流Fr数增大,从而影响了射流扩散火焰的燃氧比和燃烧特性。火焰温度随气压升高而降低,但在实验中发现,70kPa以下的气压范围,动量驱动射流扩散火焰温度显示出不同的变化趋势,这是由于气压持续降低,空气密度下降,燃氧比条件Φ发生变化,燃烧从富氧燃烧转变为富燃料燃烧,燃烧效率下降引起的温度下降；气压降低,燃气射流速度增大,火焰中碳黑停留时间缩短,同时单位体积碳黑形成速率msm以及发射系数Ks大致按照P∞2的级数衰减,导致火焰辐射减弱；相对应地,在温度的拐点气压区间动量驱动火焰高度也发生了变化,此时LF∝P∞TF-2/3,即火焰高度受气压和温度的耦合作用；浮力驱动火焰高度与气压反相关,LF～P∞,-0-22<α<10.18;动量驱动火焰高度与气压无关,即LF∝P∞;但在70kPa火焰高度出现拐点；在空气伴流速度较大的情况下,气压下降到70kPa时,动量驱动出现了火焰抬升现象,且火焰抬升高度hl∝uf～P∞-1;浮力和动量驱动火焰脉动频率与气压均有指数关系,即f∝P∞α总体而言,动量驱动火焰与气压的依赖关系更为紧密(浮力驱动火焰：0.03<α<0.22,动量驱动火焰：0.11<α<0.14)。最后在理论研究和实验分析的基础上,本文提出了低压条件、驱动机制、空气伴流对射流扩散火焰影响的实质及其内在关系链,对低压射流扩散火焰特征参量之间的耦合影响关系进行了总结和串联。