依照 McCaffrey 火羽流理論，下列何者正確？

本題考點

McCaffrey 火羽流理論中，質量流率、上升流速與溫度隨高度的變化趨勢。

正解理由

McCaffrey 依無因次高度將火羽流分為連續火焰區、間歇火焰區與浮力羽流區三段。火羽流上升過程中不斷捲入周圍冷空氣，捲入量沿高度累積，因此質量流率隨高度增加而變大，這是三個區段都成立的性質；相對地，捲入的冷空氣會稀釋並冷卻羽流，在浮力羽流區中心軸的溫升與上升流速均隨高度增加而遞減。故選 A。

逐項排除

1. (A)

   高度越高質量流率越大，係捲入周圍空氣沿程累積的結果，敘述正確。

2. (B)

   上升流速在連續火焰區隨高度增加，但進入浮力羽流區後轉為遞減，不能寫成高度越高流速就越大。

3. (C)

   溫度在連續火焰區大致維持定值，其後隨高度遞減，煙氣到達天花板時已明顯降溫，敘述錯誤。

4. (D)

   質量守恆指的是羽流質量加上捲入空氣後總量守恆，正說明捲入使質量流率沿高度改變，不能推出各參數不隨高度變化。

記憶點

McCaffrey 於一九七九年以甲烷擴散火焰的實驗資料，建立了火羽流中心軸溫升與流速的分區關聯式，是消防工程最常被引用的羽流模型之一。他以無因次高度 z ÷ Q 的五分之二次方作為分區依據：小於約 0.08 為連續火焰區，約 0.08 至 0.20 為間歇火焰區，大於約 0.20 為浮力羽流區。流速關係寫成 u ÷ Q 的五分之一次方正比於無因次高度的 η 次方，三區的 η 依序為二分之一、零、負三分之一；對應的中心軸溫升在連續火焰區約為定值、間歇區隨高度負一次方衰減、浮力羽流區則以負三分之五次方快速衰減。把這組指數背起來，就能直接判斷任何一個高度上溫度與流速是升是降。

質量流率之所以在所有區段都遞增，原因在於捲入機制。羽流因浮力向上加速，邊緣與靜止空氣間形成剪力層，持續把周圍冷空氣捲進來；理想點源羽流的捲入量與高度的三分之五次方成正比，所以越往上質量流率越大、溫度越低。這也解釋了為什麼高挑空間的煙層溫度往往不足以啟動撒水頭，卻能在短時間內堆積出大量煙氣。

與 McCaffrey 並列的還有 Zukoski 與 Heskestad 的羽流公式，後者引入虛點源修正，把火焰視為自地板下方某一虛擬原點發出，適用範圍更廣。這些公式在工程上的用途包括：估算煙層下降時間與所需排煙量、推算探測器與撒水頭的動作時間、以及性能式防火設計中的可用避難時間分析。

延伸考點：本題型常改問三區的分界值、改問捲入空氣量與高度的關係、或改問火源熱釋放率加倍時羽流溫度如何變化，答題關鍵都是先確認題目落在哪一個區段。