下列有關擴散火焰的敘述，何者正確？

本題考點

擴散火焰與火羽流的分區特性，以及浮升羽柱與撒水頭動作之間的關聯。

正解理由

火羽流由下而上分為連續火焰區、間歇火焰區與浮升羽柱區三個區域。浮升羽柱區位於火焰上方，是高溫氣體受浮力驅動上升並持續捲吸周圍冷空氣的區域，其流速與溫度都隨高度增加而遞減。羽柱上升撞及天花板後轉向、沿天花板作徑向流動形成頂棚噴流，而撒水頭與探測器正裝設於天花板下方的這一層氣流中，其感熱元件的受熱速率取決於該處氣流的溫度與流速，因此浮升羽柱區的流體狀態直接影響撒水頭何時動作。故選 D。

逐項排除

1. (A)

   擴散火焰是可燃物與空氣在交界面上邊混合邊燃燒，燃燒速率受混合速率控制，屬相對穩定的燃燒；預先混合到爆炸範圍內的預混火焰才可能呈現爆炸式燃燒。

2. (B)

   間歇火焰區的流體速度接近定值，火焰在此區呈現時有時無的脈動；流速明顯加速的是其下方的連續火焰區。

3. (C)

   浮升羽柱內持續捲吸周圍冷空氣，質量流率增加而熱量固定，溫度隨高度增加而遞減，並非遞增。

4. (D)

   正確。浮升羽柱撞及天花板後形成頂棚噴流，撒水頭感熱元件即受此氣流加熱，故兩者相關。

記憶點

火羽流的分區來自對軸心流速與溫度隨高度變化的實測。連續火焰區位於最下方，火焰持續存在，浮力使氣流向上加速，軸心流速隨高度增加。間歇火焰區在其上，火焰時有時無地脈動，軸心流速大致維持定值。再往上是浮升羽柱區，已無火焰，只有高溫氣體上升，因不斷捲吸周圍冷空氣稀釋，軸心溫度與流速都隨高度增加而遞減。三區的分界依熱釋放率與火源直徑而定，熱釋放率愈大、火焰高度愈高，分界位置也隨之上移。

捲吸是理解羽柱溫度遞減的關鍵。上升氣流與周圍靜止空氣之間的剪力使冷空氣被帶入羽柱，羽柱直徑隨高度擴大、質量流率增加，而總熱量在絕熱假設下不變，於是單位質量的熱含量下降，溫度自然遞減。也因為捲吸量隨高度累積，樓層愈高，抵達天花板的煙氣溫度愈低、體積流率愈大，這正是挑高空間的探測器與撒水頭反應較慢的原因。

易混淆概念對照：擴散火焰與預混火焰要分清楚。擴散火焰的燃料與空氣未預先混合，在交界面上邊混合邊燃燒，火焰呈黃橙色、易生煙灰，蠟燭、油池火、燃氣洩漏後點燃屬之；預混火焰的燃料與空氣先行混合，火焰呈藍色、燃燒完全，本生燈與瓦斯爐屬之，若混合氣量體大又受限，就可能發展為爆燃。

延伸考點：撒水頭與探測器的動作時間計算，是把頂棚噴流的溫度與流速代入感熱元件的反應時間指數關係式求得，感度愈高、反應時間指數愈小者動作愈快。頂棚噴流的厚度約為樓層高度的一定比例，感熱元件必須裝在這一層之內才有意義，這也是設置規定要求撒水頭迴水板與天花板保持一定距離的觀念背景。