对流层气温变化的特点范文第1篇

关键词：临近空间环境；临近空间飞行器

一、前言

临近空间（Near Space）通常是指高度距离地面20～100km的空域，介于传统意义上航空器飞行高度（低于20km）和航天器飞行高度（高于100km）之间，也称为近空间或空天过渡区。由于高度的差异，临近空间有着不同于空中、空间独特的环境特点，这对运行其中的临近空间飞行器在设计和应用上提出了一定的要求。

二、临近空间环境及对临近空间飞行器的影响

（一）大气飞行环境

以大气中温度随高度而分布为主要依据，可将大气层划分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层（外大气层）等五个层次。大气层中的平流层和中间层对临近空间飞行器的影响最大。

1.对流层及影响。临近空间飞行器在升空、回收过程中经过对流层。对流层是最贴近地球表面的一层。它是从地面开始至垂直对流特征消失的高度（对流层顶）为止，即从地面向上至温度出现第一极小值-56.5℃所在高度的大气层。对流层是接近海平面的一层大气，其厚度随着纬度与季节等因素而变化。对流层空气质量大约占总大气质量的3/4，此层中的风速与风向是经常变化的。空气的压强、密度、温度和湿度也经常变化，一般随着高度的增加而减少。风、雨、雷、电等气象现象发生在这一层。对流层中风速一般是随高度的增加而增加，但变化比较复杂，没有规律，需要实际测量。1.5km高度以下的大气边界层由于受地面热力和地形的影响，空气运动具有明显的紊流运动特征，表现为风速和气温在时间和空间上变化激烈。临空器在起飞及上升阶段需要穿越对流层，对流层的气象环境对临空器的上升过程有很大的影响。因此需要对起飞的气象条件作一定的选择，尽量避免在恶劣气象条件下起飞。

2.平流层及影响。平流层是从对流层顶端到海拔80km之间的大气层，其质量约占大气总质量的1/4。在20km高度以内，气温不随高度变化，保持在-56.5℃；在20～32km之间，气温则随高度的增加而上升。平流层中几乎没有水汽凝结，没有雷、雨等气象，也没有大气的上下对流，只有水平方向的流动，故称平流层。平流层是临空器可以稳定工作的高度。因此平流层高度的风速直接影响临空器的尺寸、能源系统和动力推进系统的大小。

3.温度。温度影响了整个临空器的热环境及设备和材料的环境适应能力。材料在低温条件下会发脆，很多设备及普通的系统在低温条件下不能正常工作，从而直接影响到系统的寿命和可靠性，因此低温环境对临空器的环境控制提出了更高的要求。

（二）臭氧

臭氧有很强的氧化性，可使许多有机色素脱色，侵蚀橡胶等材质，很容易氧化有机不饱和化合物。臭氧的这种强氧化性将可能导致临空器的部件变脆和加速老化，严重影响其在高空飞行的运行寿命，因此在设计时就须充分考虑对臭氧的防护。

（三）太阳辐射环境及影响

太阳辐射量同样也是临空器设计必须考虑的重要参数之一。太阳辐射的时间和辐射度直接影响临空器工作的时间和吸收的太阳能量大小。太阳辐射量的数值与太阳高度角及太阳辐射度都有关。太阳高度角的变化是由时间、纬度决定的，而太阳辐射度在一年内的变化与地日距离的变化有关，一般来说随着纬度的增加太阳辐射度减少。

太阳辐射的不同谱段对临空器有不同的影响。临空器主要吸收红外线与可见光谱段。吸收热量的多少取决于结构外形、涂层材料和飞行高度。这部分能量是临空器热量的主要来源之一，将影响临空器的温度。若热设计处理不当，会造成临空器温度过高或过低，影响其正常运行。因此，为了验证热设计，鉴定临空器的可靠性，可在地面试验设备中再现太阳辐射环境，模拟空间的外热流进行热平衡试验。

波长短于300nm的所有紫外辐射虽然只占有太阳总辐射的1％左右，但其影响很大：紫外线照射到金属表面，由于光电效应而产生许多自由电子，使金属表面带电，造成临空器表面电位升高，将干扰其电磁系统；紫外线会使光学玻璃、太阳电池盖板等改变颜色，影响光谱的透过率；紫外线会改变瓷质绝缘的介电性质；紫外线的光量子能破坏分子聚合物的化学键，引起光化学反应，造成聚合物分子量降低，材料分解、裂析、变色，弹力和抗拉强度降低等；紫外线和臭氧会影响橡胶、环氧树脂粘合剂性能的稳定性；紫外线会改变外涂层的光学性质，使表面逐渐变暗，对太阳辐射的吸收率显著提高，影响临空器的温度控制。对于长时间在空运行的临空器的设计必须考虑紫外线对外涂层的影响。

（四）水蒸气、高能粒子

在高空平流层环境中还含有少量的水蒸汽，但与对流层相比含量较低。在平流层高度，μ介子、电子、光子、中子、质子等高能粒子的辐射强度较地面大大增加，它们会对遥感仪器的运行带来不利影响。水蒸汽会凝结在镜头和制冷部件上，长期累积会影响仪器性能甚至使仪器失效。高能粒子可能对探测部件造成损坏。

三、结束语

总的来说，临近空间环境的特点决定了临空器与一般中低空飞行平台的不同。它需要全面考虑临近空间环境特点，可借鉴航天器环境控制所采取的相应设计和防护措施来达到设计目的。结合环境特点，对于临空器环境控制有以下几点可作为设计时的一些参考：

1.为了确保太阳电池系统的良好工作性能和安全可靠，必须考虑其热控措施，可在太阳电池表面覆盖热控涂层。在热控涂层的研制和选用上，必须认真考虑上述环境影响可能引起的涂层热辐射的稳定性问题。在选择涂层时，选择那些在地面已经过模拟空间环境的考验并证明稳定性合格的涂层。

对流层气温变化的特点范文第2篇

关键词：高凝油；流变性；影响因素

高凝油油藏在世界上分布较广，地质储量约为1000亿吨，美国、前苏联、印度尼西亚等国都有丰富的高凝油资源。在我国已探明的石油储量中，高含蜡高凝固点原油占有一定的比重。由于高凝油油藏特殊的流变性特征，决定了其开发方式及开采工艺技术与常规油藏有着较大的区别，比如，高凝油油藏进行常规开采容易析蜡，注水开发时易受“冷伤害”，这样就严重影响高凝油油藏的经济高效开采。我国部分典型高凝油油藏的特点是含蜡量很高(均大于36%)，凝固点高于40℃，且胶质和沥青质的含量也比较高(最高可达13%)，开发难度很大。基于此，本文重点分析了高凝油油藏的流变性特征及其影响因素，以期为提高高凝油藏采收率提供参考。

一、高凝油油藏的化学组分及其流变性特征

高凝油是烷烃、蜡和渣油含量高，硫和沥青含量低的原油。目前关于高凝油没有一个明确的定义，调研文献中见到把凝固点高于40℃、含蜡量大于35%的原油称作高凝油。

（一）高凝油的化学组分

众所周知，原油的基本成分是烃类，主要为烷烃，此外还有部分环烷烃和芳香烃，烷烃又称为石蜡族烃，其化学通式为CnH2n+2。液态油是C5H12～C16H34烷烃，原油中的蜡组分是C16H34以上的烷烃，常温常压下呈固态。高凝油中蜡沉积物的主要成分除蜡外，还有各种有机或无机混和物，如胶质沥青质、砂粒、金属氧化物和无机盐等。

具体来讲，在原油中的石油蜡主要由一种含有16个以上碳原子(最高可高达C70以上)的直链烷烃的混合物构成，除此之外还含有少量的支链蜡、单环蜡、聚环蜡和芳烃，通过溶剂的结晶作用液态原油中的石油蜡成分形成形状大小不一的蜡晶体在油藏条件下游离于原油中。

（二）高凝油的流变性特征

高凝油的化学组分含有高分子烷烃的石蜡族烃，是导致高凝固点的主要因素。高凝油凝固点和含蜡量有密切的关系，随着含蜡量的增加，原油凝固点上升，凝固点与含蜡量符合下面的公式：

T ――凝固点，℃

f ――含蜡量，%

高凝油的这个特性使高凝油具有与普通原油不同的流动性质，即流变性。随着油藏温度的变化，高凝油经历三个临界温度点，即析蜡点、反常点及凝固点，相应的相态一般发生以下变化：

1、当油藏温度在析蜡点温度以上时，高凝油中的石蜡族处于溶解状态，原油为单相体系，其流动性与一般原油无差别，具有牛顿流体的特征；

2、当油藏温度降到析蜡点温度以下反常点温度以上时，在范德华力的作用下，许多较小的分子聚集形成较大的分子群，并开始有蜡晶析出，蜡晶分散在原油中，原油由单一液态逐渐变成悬浮液，形成双相体系，但原油仍为连续相，可以近似认为是牛顿流体；

3、当油藏温度继续下降，下降至反常点以下时，由于析出的蜡晶增多并聚结，原油中开始出现海绵状凝胶体，呈现出非牛顿流体的流变特征，具有剪切稀释性，原油为假塑性流体；

4、当油藏温度进一步下降到失流点或凝固点以下时，原油发生转相，蜡晶相互连接形成空间网络结构，成为连续相，液态烃则被隔开而成为分散相，失去其流动性，此时原油为塑性流体。

其中，析蜡点，又叫浊点，是指蜡颗粒首次从原油中析出时的温度；反常点是指原油在降温的过程中随着蜡的析出，其流动性由牛顿流体转向非牛顿流体的温度；凝固点，又叫失流点，是温度降低过程中原油失去流动性的温度。

二、高凝油流变性的影响因素分析

影响高凝油流变性及凝固点的因素很多，主要分为内因和外因两个方面，内因主要受高凝油内部化学组分控制。外因主要受高凝油油田的储层温压系统以及开发过程中开采方式的影响。

（一）高凝油流变性的内因分析

高凝油流变性的内因受其化学组分的控制，概括起来有以下几个方面：

1、原油中蜡含量，石蜡族组分含量越高，液态流体中蜡晶体数量就越多，相对于原油中的液态组分来说，蜡晶的体积就越大大，接蜡倾向越大。

2、蜡与胶质、沥青质的含量比，也直接影响原油的流变性。因为含蜡原油在冷却过程中，蜡分子的析出要受到胶质和沥青质的制约。

3、原油中溶解气含量，根据性质相近而相溶的原理，天然气中的甲烷、乙烷、丙烷对蜡的析出影响不大，而丁烷和更重的碳氢化合物可以明显地影响蜡的析出，因此，随着原油溶解气量增大，原油的析蜡点降低。

4、原油含水高低，原油含水大体有两种情况，一种是游离水，另一种是乳化水。实验测试结果表明，高凝油含乳化水的凝固点同稀油情况相似，乳化水的凝固点随含水量的增大而增大，即在原油析蜡温度以上，仍属非牛顿流体。但有一个峰值，当含水量超过该值时，若含水量增加，则凝固点大幅度下降，趋向牛顿流体。

因此，在高凝油的开发过程中，对油藏的油品（析蜡点、凝固点、含蜡量以及其他杂质含量等）要仔细分析研究，然后在此基础上选择合理的开发方式，提高原油的采出程度。

（二）高凝油流变性的外因分析

1、油藏温度，就其外因来讲，首当其冲的是温度，温度是高凝油流变性最敏感的因素。油藏温度包括储层温度、近井地层温度和井筒温度等。储层温度受油藏温压系统控制，而温压系统与储层埋深有关。目前发现的高凝油油藏，绝大多数油层埋藏都比较深，油层温度较高，原油在油层状态下呈液态，属于牛顿流体，温度对高凝油流变性及相态的影响较小。而近井地带和井筒的温度会在油藏的开采过程中随着压力的下降或其他因素而降低，导致近井地带地层污染或井筒堵塞等，影响开发效果。

2、原油流速，在外因中，除了温度之外，还有原油流速，即在实际的油井生产中，含蜡原油具有一定的流速，并溶有一定量的气体和水，在油藏温度不变的情况下，原油流速是影响凝固点的主要因素，流速或剪速的剪切作用可以破坏蜡晶生长，而高的剪切速度能打破蜡晶的空间网状结构，使结构粘度突降或消失，降低原油凝固点，使原油保持牛顿流体的特征。因此，在生产过程中，可以通过提液、放大生产压差、下泵等工作制度的改变使高凝油处于高流速状态，防止析蜡，提高开发效果。

3、开发方式的改变，此处主要指在高凝油开发工程中，油藏进入注水补充能量开发阶段，注入油藏中的冷流体也会导致油藏温度降低，使高凝油油藏有析蜡的风险，从而导致地层“冷伤害”，影响高凝油油藏的高效经济开采。

三、几点认识

（一）高凝油的化学组分含有高分子烷烃的石蜡族烃，是导致高凝固点的主要因素。高凝油的相态随着温度的变化会发生变化。

（二）影响高凝油流变性的内部因素主要取决于其蜡组分的结构和含量，此外，胶质沥青质的含量比、高凝油中溶解气的含量以及含水的多少都会对高凝油的流变性造成影响。

（三）温度是影响高凝油流变性的主要外部因素，其他因素还有原油流速以及开发方式的变化，诸如注冷水开发会导致地层“冷伤害”。

参考文献：

[1]刘翔鹗.高凝油油藏开发模式[M].北京：石油工业出版社，1997.

对流层气温变化的特点范文第3篇

对流层是地球大气中最低的一层。云、雾、雨雪等主要大气现象都出现在此层。气温随高度增加而降低：由于对流层主要是从地面得到热量，因此气温随高度增加而降低。

在平流层内，随着高度的增高，气温最初保持不变或微有上升。平流层这种气温分布特征是和它受地面温度影响很小，特别是存在着大量臭氧能够直接吸收太阳辐射有关。

自平流层顶到80km左右为中间层。该层的特点是气温随高度增加而迅速下降，并有相当强烈的垂直运动。

暖层它位于中间层顶以上。该层中，气温随高度的增加而迅速增高。这是由于波长小于0.175μm的太阳紫外辐射都被该层中的大气物质所吸收的缘故。

对流层气温变化的特点范文第4篇

数学模型：1）控制方程：根据不可压缩黏性流体非定常流动的Navier-Stokes方程，选用kε双方程湍流模型对环冷机内流动换热规律进行研究。可以将环冷机问题整体求解方程描述为：连续性方程：()=0+jjuxρτρ(1)动量传输方程：ijiijijjigfxuuxu+=+(ρ)(ρ)pτ(2)式中：ρ为流体密度；ui为流体在i方向的速度；τ为冷却时间；pij为表面压力矢量，包括静压力和流体黏性压力；gi为作用于单位体积流体在i方向的体积力；fi为作用于单位体积流体的反方向的阻力；u为床层颗粒间隙内的气体流速，由表观流速ub与空隙率ε决定：u=ub/ε。采用压力沿床层线性分布的假设，利用Darcy定律计算气体的表观流速：()bL0u=Kp/z=Kpp其中，pL和p0分别为台车进出口压力；渗透系数fK=k/μ，渗透率k用Ergun关系式[6]计算：k=/[150/(1)]322εεpd。能量方程利用局部非热力学平衡换热理论，建立气固两相换热双方程，使用编写的用户自定义函数(UDF)进行数值计算。2）局部非热平衡能量双方程：Coberly等[7]采用局部热力学平衡方程对二维伪均质模型进行研究，忽略了气固两相之间的温差；DeWasch等[89]研究表明，只有当气固两相温差很小且毕渥数小于0.05时，局部热力学平衡方程可以用于简化的一维和二维模型，但不能满足环冷机中的气固换热问题。Wakao等[10]研究表明：气固两相热容和热导率相差较大时，各相局部温度变化率会明显不同。本研究将气相温度Tf和固相温度Ts作为2个独立的变量，分别表征同一特征单元每相的热状态，把多孔结构内的传热视为两相之间的传热，得到通用方程组[1112]如式(4)和(5)所示：固相：=τερss(1)()Tc(1)()(1)()sssvsfελT+εqhTT(4)气相：==ffff()(c)uTTcppρτερ()()fffvsfελT+εq+hTT(5)式中，qs和qf分别为固相和气相发热源项；Tf为气相温度；Ts为固相温度；hv和h分别为固相骨架与流动介质之间的单位体积与单位表面积的对流传热系数。hv可由Achenbach准则关系式确定：ph6h(1ε)/dv=(6)h由下式确定[13]：1/31/2fNuhd/2.00.6PrRep=λ=+ffPrcv/λp=，ffReεdu/λp=(7)其中：Nu，Pr和Re分别为始塞尔数，气体普朗特数和雷诺数；vf为流体的运动黏性系数；uf为流体速度；λf为流体热导率；cp为流体的比热容。4）边界条件与初始条件：边界条件：Logtenberg等[4,14]认为应将环冷机篦板壁面边界条件设为流体温度。流体出口温度与压力均满足第二类边界条件：0f=zT，=0zp。初始条件：当环冷机运行在余热循环利用区时(即τ＜τ循环)，气相温度Tf为循环风温，固相温度Ts为常数；当环冷机运行在非循环区时(即τ＞τ循环)，Tf为自然风温。

模型结果验证

考虑到现场测试条件较艰苦，且固相与气相之间较强的对流换热会对环冷机台车内物理场测量产生很大的影响，故文献[15]选用环冷机处于不同时刻时，出口空气平均温度的现场测试值与仿真结果数值对本研究所采用模型的正确性进行验证。从表1可以看出，在数值仿真结果和测试结果之间存在不同程度的误差。该误差主要来源于：(1)测试期间环冷机操作参数的波动；(2)测试时在烟罩上进行了开孔，对环冷机内的温度场、速度场和压力场产生了干扰破坏作用；(3)环冷机存在漏风。但是，环冷机出口空气温度的数值仿真结果与实验测试结果的最大误差小于10%，环冷机内烧结矿的温度分布与实际趋势也基本一致，因此，可以认为本文所建立的模型及计算结果是可靠的。

计算结果与分析

由环冷机对流换热控制方程可以看出：物料粒径、空隙率、进风温度、进风速度、料层高度等都会对环冷机温度场、流场分布产生影响[15]。本文主要研究不同固相颗粒粒径对余热利用量的影响，3种粒径的物料沿台车高度方向按粒径从小到大的顺序布置于上、中、下3层，试验工况见表2（略）。

1）温度场分布：冷却时间为581s时，环冷机内物料温度如图2所示。由图2可见：经过分层布料工艺后，环冷机内出现高温区与低温区，除工况Ⅵ(体积换热系数按料层高度由大向小分布)外，其余工况均有明显的高、低温区交错分布现象。环冷机下层物料均能得到很好的冷却，但在工况Ⅰ，Ⅱ，Ⅴ中，环冷机中层或上层靠近壁面的区域出现部分高温区域，这3种工况粒径配置的共同点为：中层向上层过渡时，物料粒径均减小，即流体自中层向上层流动时，所受到的阻力增加，于是流体更多从中间区域流出，壁面区域的物料由于冷却不充分而出现高温区。工况Ⅲ和Ⅵ上层物料粒径最大，故换热效果较差，出现较明显的高温区；工况Ⅲ和Ⅳ中层物料粒径最小，换热效果较好，故台车中层物料冷却效果最好；工况Ⅰ和Ⅳ下层物料粒径最大，但由于台车结构影响，下层流体的物理速度最大，气固两相温差最大，故换热效果较好。为反应台车内温度分布的均匀性，表3列出了环冷机不同截面处温度的标准差。由表3可以看出：工况Ⅰ和Ⅳ中的物料温度分布较均匀，有利于提高烧结矿冷却质量。环冷机不同工况下出口截面物料温度分布如图3所示。由图3可以看出：不同工况下的烧结物料在1500s之前冷却速度较快，整个循环过程中，物料温度随冷却时间呈指数形式减小。对于余热循环利用区出口空气的温度T，若选取无量纲温度()/()fsfT=TTTT作为空气的特征温度，定义τ=τ/(H/u)为特征冷却时间，其中，H为物料高度。图4所示为出口截面空气无量纲温度随时间的变化曲线。通过线性回归分析，特征温度随特征时间满足指数函数关系：τeBT=A(8)式中，A反映初始阶段特征温度随特征时间的变化速率；B反映整个冷却过程征温度随特征时间的变化速率。A与B随H/d及22Nu(1ε)H/d变化关系分别如图5和图6所示。由图5和6可以看出：拟合函数变量A随H/d线性变化，随22Nu(1ε)H/d对数变化；拟合函数变量B不随H/d变化。#p#分页标题#e#

2）流场分布：环冷机流场分布如图7所示。由图7可以看出：由于篦板自身的影响，流场在环冷机中的分布并不是完全对称的，流体更多从与篦板倾斜方向一致的区域流出；由于环冷机自身结构影响，流体会经历先收缩再向四周扩张的“8”字形趋势，这样易使中层与上层出现部分高温区；分层工艺之后与标准未分层工况的流场分布基本一致。综合以上特点，纵向布料时可以考虑将小粒径物料分布在环冷机四周。Leong等[3]研究结果表明：环冷机内流场分布与空隙率有关，空隙率对其影响主要表现在环冷机底部位置，与本试验结果一致。3）余热回收量：根据表2所示实验工况，考虑到温度对空气体积的影响以及进入台车空气质量守恒，以下基于定压质量热容进行余热回收量的计算。进风温度404K，风量569.4t/h。实验工况Ⅰ中余热利用量为1.519779×108kJ/h。同理可以算出其他工况时的余热量。标准工况中没有采用分层布料工艺。Jang等[16]研究表明，物料粒径与空隙率越小，换热系数越大，换热量越多。通过对余热回收量的分析可以得出：大粒径物料分布在下层，小粒径物料分布在中层更加有利于余热的回收利用；小粒径物料分布在下层，大粒径物料分布在中层不利于余热回收利用；采用分层布料工艺可以提高14%的余热利用量。

结论

对流层气温变化的特点范文第5篇

关键词：钢结构；排烟；消防

随着我国经济建设的迅猛发展，企业生产仓储用房日趋大型化，而钢结构骨架建造的厂房，以强度高、自重轻、跨度大、吊装施工方便和建设时间短等优点正越来越被广大厂家所采用。但钢结构厂房具有耐火性能低的弱点，在未进行防火处理的情况下，其本身虽然不会起火燃烧，但火灾时，强度会迅速下降，一般结构温度达到350℃、500℃、600℃时，强度分别下降1／3、1／2、2／3。理论计算显示，在全负荷情况下，钢结构失去静态平衡稳定性的临界温度为500℃左右，而一般火场温度达到800～1000℃，在这样的火场温度下，的钢结构一般在15min左右，就会出现塑性变形，产生局部损坏，造成钢结构整体倒塌失效。如：1992年5月无锡兴业有限公司全钢结构占地1000平方米厂房发生特大火灾，将整个厂房烧得支离破碎：1992年6月上海联合毛纺厂两层全钢结构厂房5400平方米，由于设备油箱形成爆燃气体发生火灾，整个厂房烧毁；1993年11月安徽佳通轮胎有限公司的单层全钢结构厂房，建筑面积58752平方米，由于人为纵火，导致这个厂房钢结构全部被破坏；2003年2月5日四川绵阳三角生活用纸制造有限公司成品2号仓库因放火发生火灾，钢屋架建筑全部烧毁。这类建筑还存在空间大，火势蔓延快，设备、人员密集，疏散困难等特点，一旦发生火灾，常用的自动消防设施很难发挥预期作用。人员疏散和灭火救援难度较大，有造成群死群伤的潜在危险。

一、建筑火灾烟气的特点

火灾的发生和发展具有随机性和确定性的双重特点。随机性是指火灾发生的起火原因及时间、地点等因素是不定的，受到各种因素的影响，遵循一定的统计规律；确定性是指在某一特定场合下发生的火灾会按基本确定的规律发展蔓延。燃烧过程与烟气流动过程皆遵循燃烧学、流体力学等物理和化学规律。火灾的确定性规律可采用工程科学的方法研究，一般室内火灾的自然发展过程大体分成三个主要阶段，即：初期增长阶段、充分发展阶段及衰减阶段。

在火灾发展的初期增长阶段，随着放出热量迅速增多，在可燃物上方形成温度较高、不断上升的火羽流。当羽流受到房间顶棚的阻挡后，便在顶棚下方向四面扩散开来，形成了沿顶棚表面平行流动的较薄的热烟气层，达到了一定厚度时又会慢慢向室内中部扩展，不久就会在顶棚下方形成逐渐增厚的热烟气层。当火灾达到充分发展阶段，热烟气层的温度与中心温度相差无几。

如果室内有通向外部的开口(如门和窗)，则当烟气层的厚度低于开口的上沿高度时，烟气便可由此流到室外。开口便起着向外排烟的作用。在建筑火灾的发展过程中，烟气的排放相当重要，烟气排放速率的大小决定着烟气层高度的变化情况。当排放速率大于烟气的产生速率时，烟气层的高度会逐渐升高，最终保持在对人没有威胁的高度。

二、钢结构火灾时的理化性能

建筑用钢(q235、q345钢等)在全负荷的情况下失去静态平衡稳定性的临界温度为540℃左右。钢材的机械性能随温度的不同而有变化，当温度升高时，钢材的屈服强度，抗拉强度和弹性模量的总趋势是降低的，但在150℃以下时变化不大。当温度在250℃左右时，钢材的抗拉强度反而有较大提高，但这时的相应伸长率较低、冲击韧性变差，钢材在此温度范围内破坏时常呈脆性破坏特征，称为“蓝脆”。如在“蓝脆”温度范围内进行钢材的机械加工，则易产生裂纹，故应力求避免。当温度超过300℃时，钢材的抗拉强度、屈服强度和弹性模量开始显著下降，而伸长率开始显著增大，钢材产生徐变；当温度超过400℃时，强度和弹性模量都急剧降低；到500℃左右，其强度下降到40％～50％，钢材的力学性能，诸如屈服点、抗压强度、弹性模量以及荷载能力等都迅速下降，低于建筑结构所要求的屈服强度。我国20世纪90年代初对钢梁的耐火极限进行了验证，确认了136b、140b标准工字钢梁的耐火极限分别为15min、16min(钢梁内部达到临界温度：平均温度538℃，最高温度649℃)。因此，若用没有防火保护的普通建筑用钢作为建筑物承载的主体，一旦发生火灾，则建筑物会迅速坍塌，对人民的生命和财产安全造成严重的损失。

三、现行各类排烟方式比较

在建筑防排烟工程中，常用的三种方式是：自然排烟、机械加压送风防烟和机械排烟。自然排烟和机械排烟是控制烟气下降的常用方法，与机械排烟相比自然排烟有其自身的优点。一是无大的动力设备，运行维修费用也少，且平时可兼作换气用；二是在顶棚开设排烟口，自然排烟效果好。对于自然排烟的应用，在国外也有许多采用自然排烟的例子，在德国，大空间的公共建筑多使用自然排烟尤其是单层的展览建筑。我国现阶段对建筑防排烟方式选择的倾向性意见是：凡是能利用外窗等实现自然排烟的部位应尽可能地采用自然排烟方式。特别是大空间建筑宜首先考虑设置自然排烟，理由如下：

(一)大空间建筑中的高大空间具有较强的蓄烟功能；

(二)大空间建筑通常顶棚或侧墙设置大面积采光或通风带，可与自然排烟结合使用；

(三)机械排烟量非常大，给设计和施工带来很大难度；

(四)由于内部空间的高大、宽敞，机械排烟可能引起烟气与空气的掺混，过于集中的机械通风排烟把大量刚刚补入的新鲜空气直接排放出去，形成所谓的“流通短路。

四、自然排烟的设计要求

目前，防排烟设计方法基本有三种：(1)　体积换气次数法；(2)　基于数理模型计算公式设计方法：(3)　借助计算机模拟软件分析评估设计方法即性能化设计方法。但无论采用哪种方法，都要满足以下要求：一是烟气层高度。火灾中的烟气层伴有一定热量、胶质、毒性分解物等，是影响人员疏散行动与救援行动的主要障碍。在设计时限内，烟气层最好能保持在人群头部上方一定高度处，使得人在疏散时不必从烟气中穿过，也不会受到热烟气流的辐射热威胁。普遍认为烟气层在人员疏散过程中保持在距地面2m以上的位置时，人员疏散是安全的。二是热辐射。根据人体对辐射热耐受能力的研究，人体对烟气层等火灾环境的辐射热的耐受极限是2.5kw／m2，上部温度约为185度，处于这个程度的辐射热几秒钟之内就会引起皮肤强烈疼痛。三是结构安全。建筑用钢在全负荷的情况下失去静态平衡稳定性的临界温度为540℃左右。钢材的机械性能随温度的不同而有变化，当温度升高时，钢材的屈服强度、抗拉强度和弹性模量的总趋势是降低的，但在150℃以下时变化不大。

五、结论

(一)钢结构厂房、库房以及民用建筑耐火性能差，火灾时容易倒塌，造成大量人员伤亡和财产损失，设置排烟系统能有效排出建筑内的高温烟气，有利于人员疏散、火灾扑救和建筑结构安全。

(二)大型钢结构厂房、库房以及民用建筑多为单层，在顶部结合采光、通风设置自然排烟窗施工简单可行。