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行 不 年 類 行 年 年 行 立 參 理 理 論 理 年

行 政 院 國 家 科 學 委 員 會 補 助 專 題 研 究 計 畫 ■ 成 果 報 告□ 期 中 進 度 報 告不 同 通 風 模 式 對 閃 燃 發 生 之 效 應 探 討計 畫 類 別 :■ 個 別 型 計 畫 □ 整 合 型 計 畫計 畫 編 號 :NSC 96-2221-E-327-015-MY3執 行 期 間 : 96 年 8 月 1 日 至 99 年 10 月 31 日執 行 機 構 及 系 所 : 國 立 高 雄 第 一 科 技 大 學 環 境 與 安 全 衛 生 工 程 系計 畫 主 持 人 : 蔡 匡 忠共 同 主 持 人 :計 畫 參 與 人 員 : 許 家 豪 、 黃 文 成 、 張 柏 偉 、 鐘 偉 庭成 果 報 告 類 型 ( 依 經 費 核 定 清 單 規 定 繳 交 ):□ 精 簡 報 告 ■ 完 整 報 告本 計 畫 除 繳 交 成 果 報 告 外 , 另 須 繳 交 以 下 出 國 心 得 報 告 :□ 赴 國 外 出 差 或 研 習 心 得 報 告□ 赴 大 陸 地 區 出 差 或 研 習 心 得 報 告□ 出 席 國 際 學 術 會 議 心 得 報 告■ 國 際 合 作 研 究 計 畫 國 外 研 究 報 告處 理 方 式 : 除 列 管 計 畫 及 下 列 情 形 者 外 , 得 立 即 公 開 查 詢□ 涉 及 專 利 或 其 他 智 慧 財 產 權 ,□ 一 年 □ 二 年 後 可 公 開 查 詢中 華 民 國 年 月 日I

目 錄一 、 前 言 ........................................................................................................................ 11.1 開 放 空 間 與 侷 限 空 間 火 災 ............................................................................. 11.2 閃 燃 現 象 .......................................................................................................... 1二 、 研 究 目 的 ................................................................................................................ 2三 、 文 獻 探 討 ................................................................................................................ 23.1 侷 限 空 間 火 災 中 未 燃 的 可 燃 性 蒸 氣 與 第 二 可 燃 物 對 閃 燃 的 影 響 .............. 23.2 通 風 效 應 對 燃 燒 之 影 響 ................................................................................. 33.3 侷 限 空 間 內 部 熱 傳 情 形 ................................................................................. 43.4 門 形 式 通 風 對 侷 限 空 間 燃 燒 之 影 響 ............................................................. 63.4.1 閃 燃 發 生 時 間 ...................................................................................... 63.4.2 液 體 燃 料 質 量 損 失 率 ........................................................................ 103.4.3 熱 釋 放 率 ............................................................................................ 113.4.4 地 板 熱 通 量 ........................................................................................ 113.4.5 侷 限 空 間 內 溫 度 ................................................................................ 113.5 窗 形 式 通 風 對 侷 限 空 間 燃 燒 之 影 響 ............................................................ 123.6 其 他 形 式 通 風 對 侷 限 空 間 燃 燒 之 影 響 ........................................................ 12四 、 研 究 方 法 .............................................................................................................. 134.1 侷 限 空 間 中 第 二 可 燃 物 對 閃 燃 影 響 之 討 探 ................................................ 134.2 侷 限 空 間 中 不 同 開 口 模 式 對 閃 燃 影 響 之 探 討 ............................................ 14五 、 實 驗 結 果 .............................................................................................................. 175.1 侷 限 空 間 中 第 二 可 燃 物 對 閃 燃 影 響 之 討 探 ................................................ 175.1.1 未 發 生 閃 燃 現 象 之 汽 油 實 驗 ............................................................. 175.1.2 發 生 閃 燃 現 象 之 汽 油 實 驗 ................................................................. 175.1.3 未 發 生 閃 燃 現 象 之 異 丙 醇 實 驗 ......................................................... 185.1.4 發 生 閃 燃 現 象 之 異 丙 醇 實 驗 ............................................................. 185.2 侷 限 空 間 中 不 同 開 口 模 式 對 閃 燃 影 響 之 探 討 ............................................ 215.2.1 汽 油 單 開 口 實 驗 ................................................................................. 215.2.1.1 通 風 因 子 對 未 發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響 ( 單 開 口 ).......... 215.2.1.2 通 風 因 子 對 發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響 ( 單 開 口 ).............. 265.2.2 異 丙 醇 單 開 口 實 驗 ............................................................................. 325.2.2.1 風 因 子 對 未 發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響 ( 單 開 口 ).............. 325.2.2.2 通 風 因 子 對 發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響 ( 單 開 口 ).............. 375.2.3 汽 油 前 後 雙 開 口 實 驗 ......................................................................... 425.2.3.1 因 子 對 發 生 未 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響 ( 前 後 雙 開 口 ).......... 435.2.3.2 通 風 因 子 對 發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響 ( 前 後 雙 開 口 )...... 485.2.4 異 丙 醇 前 後 雙 開 口 實 驗 ..................................................................... 535.2.4.1 通 風 因 子 對 未 發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響 ( 前 後 雙 開 口 ).. 53II

5.2.4.2 風 因 子 對 發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響 ( 前 後 雙 開 口 ).......... 585.2.5 油 前 側 雙 開 口 實 驗 ............................................................................. 645.2.5.1 子 對 未 發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響 ( 前 側 雙 開 口 ).............. 645.2.5.2 通 風 因 子 對 發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響 ( 前 側 雙 開 口 )..... 695.2.6 異 丙 醇 前 側 雙 開 口 實 驗 ..................................................................... 745.2.6.1 通 風 因 子 對 未 發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響 ( 前 側 雙 開 口 ).. 745.2.6.2 通 風 因 子 對 發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響 ( 前 側 雙 開 口 )..... 79六 、 討 論 ...................................................................................................................... 846.1 侷 限 空 間 中 第 二 可 燃 物 對 閃 燃 影 響 之 討 探 ................................................ 846.1.1 未 發 生 閃 燃 現 象 ................................................................................. 846.1.2 發 生 閃 燃 現 象 ..................................................................................... 846.1.3 利 用 未 燃 的 可 燃 性 蒸 氣 及 第 二 可 燃 物 澄 清 閃 燃 機 制 ..................... 846.2 侷 限 空 間 中 不 同 開 口 模 式 對 閃 燃 影 響 之 探 討 ............................................ 866.2.1 未 發 生 閃 燃 現 象 ................................................................................. 866.2.2 發 生 閃 燃 現 象 ..................................................................................... 886.2.2.1 閃 燃 前 燃 燒 狀 況 ...................................................................... 886.2.2.2 閃 燃 時 燃 燒 狀 況 ...................................................................... 886.2.2.3 閃 燃 後 燃 燒 狀 況 ( 全 盛 期 ).................................................. 90參 考 文 獻 ...................................................................................................................... 95附 錄 .............................................................................................................................. 99III

摘 要火 災 在 侷 限 空 間 中 成 長 時 , 會 經 由 短 時 間 的 閃 燃 現 象 後 進 入 全 盛 期 , 所 伴 隨的 火 焰 及 高 溫 會 造 成 人 們 生 命 財 產 上 的 損 失 。 先 前 許 多 學 者 僅 針 對 「 單 一 開 口 」門 型 式 及 單 火 源 型 式 定 義 閃 燃 現 象 , 在 閃 燃 定 義 中 理 論 上 是 由 於 侷 限 空 間 中 熱 煙層 的 熱 不 穩 定 性 (thermal instability) 所 造 成 , 但 實 驗 觀 察 多 以 火 焰 竄 出 門 口 或 第二 可 燃 物 ( 例 如 報 紙 ) 被 引 燃 作 為 指 標 。 火 焰 竄 出 門 口 來 自 於 閃 燃 時 侷 限 空 間 中未 燃 之 可 燃 性 蒸 氣 被 引 燃 , 因 而 常 被 誤 以 為 是 預 混 燃 燒 (premixed combustion),第 二 可 燃 物 ( 報 紙 ) 被 引 燃 代 表 全 面 性 火 災 。 上 述 的 各 項 定 義 來 自 不 同 的 物 理 及化 學 現 象 , 定 義 的 對 象 包 括 熱 煙 層 、 引 發 門 口 竄 出 火 焰 之 未 燃 可 燃 性 蒸 氣 及 第 二可 燃 物 , 理 論 上 之 熱 不 穩 定 性 (thermal instability) 似 乎 無 法 與 火 焰 竄 出 門 口 或 報 紙引 燃 對 應 。 本 研 究 於 1/3 ISO 9705 縮 小 實 驗 屋 進 行 , 實 驗 分 為 兩 部 分 , 第 一 部 分為 利 用 單 油 盤 及 雙 油 盤 進 行 實 驗 , 探 討 未 燃 的 可 燃 性 蒸 氣 及 第 二 可 燃 物 是 否 會 對閃 燃 造 成 影 響 , 實 驗 開 始 後 即 引 燃 第 一 油 盤 , 若 有 第 二 油 盤 , 則 會 受 到 第 一 油 盤燃 燒 所 產 生 的 熱 量 影 響 釋 放 出 更 多 可 燃 性 蒸 氣 , 實 驗 量 測 並 比 較 有 、 無 第 二 油 盤情 形 下 閃 燃 時 間 、 天 花 板 溫 度 及 地 面 熱 通 量 , 若 有 、 無 第 二 油 盤 情 形 下 閃 燃 時 間無 差 別 , 則 表 示 未 燃 的 可 燃 性 蒸 氣 及 第 二 可 燃 物 非 為 閃 燃 之 必 要 條 件 ; 第 二 部 分為 利 用 五 種 開 口 模 式 ( 全 開 、1/2 開 上 、1/2 開 下 、2/3 開 上 及 2/3 開 下 ) 及 三 種開 口 配 置 方 式 ( 單 開 口 、 前 後 雙 開 口 及 前 側 雙 開 口 ) 進 行 實 驗 , 探 討 不 同 開 口 模式 對 燃 料 燃 燒 之 影 響 , 並 提 出 不 同 開 口 模 式 的 閃 燃 判 定 基 準 , 且 上 述 兩 部 分 實 驗皆 使 用 兩 種 燃 料 ( 汽 油 及 異 丙 醇 ) 及 數 種 不 同 直 徑 之 油 盤 進 行 , 結 果 顯 示 單 油 盤實 驗 閃 燃 時 間 及 雙 油 盤 實 驗 閃 燃 時 間 十 分 接 近 , 因 此 , 未 燃 的 可 燃 性 蒸 氣 及 第 二可 燃 物 並 非 閃 燃 之 必 要 條 件 , 熱 不 穩 定 性 為 閃 燃 之 唯 一 定 義 ; 且 發 現 開 口 模 式 對火 災 發 展 之 效 應 十 分 顯 著 , 並 隨 火 災 階 段 受 火 源 大 小 、 開 口 位 置 而 影 響 , 閃 燃 前( 成 長 期 ) 可 分 為 二 階 段 : 不 同 開 口 模 式 於 成 長 期 初 期 對 火 勢 成 長 仍 不 影 響 , 但當 火 勢 逐 漸 擴 大 , 雖 尚 未 發 生 閃 燃 , 但 侷 限 空 間 效 應 已 開 始 造 成 熱 釋 放 率 較 空 燒情 形 (free burning) 高 , 對 相 同 通 風 因 子 之 情 形 而 言 , 位 於 上 方 之 通 風 因 門 檻 阻擋 , 冷 卻 效 應 薄 弱 , 會 提 升 燃 燒 ; 但 開 口 位 於 下 方 時 因 門 楣 蓄 積 煙 層 造 成 較 大 熱回 饋 , 亦 提 升 燃 燒 , 此 二 效 應 相 互 抵 銷 , 使 對 燃 燒 之 影 響 十 分 複 雜 。 此 外 , 開 口於 上 方 時 較 位 於 下 方 時 造 成 較 大 通 風 量 , 使 得 閃 燃 較 快 發 生 。 閃 燃 後 , 火 勢 依 然受 上 述 二 效 應 ( 冷 卻 、 熱 回 饋 ) 之 影 響 , 造 成 複 雜 之 效 應 。關 鍵 字 : 閃 燃 、 可 燃 性 蒸 氣 、 侷 限 空 間 火 災IV

一 、 前 言在 火 災 成 長 過 程 中 , 閃 燃 是 相 當 重 要 的 現 象 , 閃 燃 發 生 後 將 造 成 嚴 重 的 傷 害及 死 亡 [1-9], 然 而 閃 燃 是 一 種 複 雜 的 現 象 , 目 前 有 數 種 閃 燃 的 定 義 , 本 研 究 將 探討 可 燃 性 蒸 氣 、 第 二 可 燃 物 及 開 口 模 式 對 閃 燃 機 制 的 影 響 。1.1 開 放 空 間 與 侷 限 空 間 火 災開 放 空 間 火 災 意 指 火 勢 在 一 全 無 遮 蔽 空 間 處 燃 燒 , 其 燃 燒 行 為 只 和 本 身 燃 料性 質 與 燃 燒 面 積 大 小 有 關 , 較 為 單 純 ; 若 火 災 發 生 在 一 侷 限 內 , 則 稱 侷 限 空 間 火災 。 一 般 侷 限 空 間 火 災 成 長 自 起 火 後 可 分 為 四 個 階 段 ( 圖 1-1)[10], 從 起 火 源慢 慢 延 燒 之 「 成 長 期 」、 局 部 燃 燒 瞬 間 擴 大 成 全 面 燃 燒 之 「 閃 燃 」 階 段 、 火 勢 全面 燃 燒 之 「 全 盛 期 」 及 嚴 重 損 燒 至 熄 火 之 「 衰 退 期 」。圖 1-1 火 災 成 長 過 程 示 意 圖 [10]1.2 閃 燃 現 象當 火 災 發 生 時 , 被 引 燃 的 物 質 慢 慢 的 向 四 週 延 燒 , 並 持 續 引 燃 其 他 可 燃 性 物質 , 在 這 個 過 程 中 將 會 產 生 熱 及 煙 氣 , 並 在 天 花 板 下 方 形 成 熱 氣 層 。 此 外 , 火 焰的 熱 量 將 增 加 熱 氣 層 及 室 內 其 他 可 燃 性 物 質 的 溫 度 , 可 燃 性 物 質 熱 分 解 產 生 大 量的 可 燃 蒸 氣 在 室 內 高 處 蓄 積 [2], 當 閃 燃 發 生 時 , 則 爆 發 地 使 室 內 全 體 陷 入 火 焰之 中 , 亦 即 使 局 部 燃 燒 瞬 間 擴 大 到 全 面 燃 燒 [1], 同 時 , 火 焰 也 隨 之 竄 出 門 及 窗 。早 期 大 部 分 的 閃 燃 研 究 皆 使 用 全 尺 寸 的 房 間 進 行 實 驗 , 其 房 間 型 式 類 似 於ISO 9705 實 驗 屋 [3](3.64 m × 2.43 m × 2.43 m), 閃 燃 並 常 以 天 花 板 溫 度 、 地 板熱 通 量 及 熱 釋 放 率 作 為 判 定 指 標 。Peacock et al. [4] 歸 納 指 出 閃 燃 時 天 花 板 溫 度 為600 ℃ 及 地 板 熱 通 量 為 20 kW/m 2 , 此 外 ,Babrauskas et al. [4,5] 從 數 個 ISO 9705 實驗 中 發 現 , 閃 燃 時 熱 釋 放 率 (HRRs) 為 1975±1060 kW, 其 中 引 發 閃 燃 最 小 熱 釋放 率 為 1 MW, 而 天 花 板 溫 度 600℃、 地 板 熱 通 量 20 kW/m 2 及 熱 釋 放 率 1 MW 並 不適 用 於 判 定 閃 燃 , 僅 為 在 相 似 空 間 下 閃 燃 發 生 伴 隨 溫 度 、 熱 通 量 、 熱 釋 放 率 之 最低 值 。 此 外 , 熱 釋 放 率 與 通 風 因 子 ( Ah ) 有 關 , 如 Babrauskas 的 計 算 式 ( 公 式1

(1)), 而 Tsai and Chen [2] 證 明 閃 燃 時 間 與 閃 燃 時 熱 釋 放 率 的 關 係 , 其 中 火 災初 期 要 引 起 閃 燃 需 要 高 熱 釋 放 率 , 且 燃 料 之 發 煙 性 與 閃 燃 之 發 生 關 係 不 大 。⋅Q = 750Ah(1)⋅其 中 Q 為 引 起 閃 燃 之 最 小 熱 釋 放 率 ;A 為 通 風 口 面 積 ;h 為 通 風 口 高 度 。Thomas et al.[9] 及 許 多 學 者 [11-18] 皆 提 出 閃 燃 是 由 於 熱 不 穩 定 性 所 造 成 , 當火 災 成 長 過 程 中 , 熱 量 的 產 生 速 率 與 損 失 率 達 到 臨 界 狀 態 時 , 火 源 所 釋 放 之 熱 量會 使 得 室 內 溫 度 及 燃 燒 速 率 突 然 大 增 , 以 下 公 式 為 熱 平 衡 公 式 [14]:dTmC pdt= G − L(2)公 式 左 側 為 熱 煙 層 內 部 能 量 變 化 速 率 ; 其 中 t 為 時 間 ;T 為 熱 氣 層 溫 度 ;m 為 熱 氣層 總 質 量 ; C 為 比 熱 ;G 為 淨 熱 接 收 速 率 ;L 為 熱 損 失 率 ,Semenov 提 出 熱 爆 炸p理 論 可 解 釋 熱 接 受 率 G 和 熱 損 失 率 L 的 平 衡 情 況 [1]。二 、 研 究 目 的1. 探 討 侷 限 空 間 火 災 中 未 燃 的 可 燃 性 蒸 氣 與 第 二 可 燃 物 對 閃 燃 的 影 響 。2. 探 討 不 同 開 口 模 式 下 燃 料 燃 燒 之 影 響 , 並 提 出 閃 燃 的 判 定 基 準 。三 、 文 獻 探 討3.1 侷 限 空 間 火 災 中 未 燃 的 可 燃 性 蒸 氣 與 第 二 可 燃 物 對 閃 燃 的 影 響閃 燃 現 象 的 定 義 有 許 多 種 ,Drysdale [1] 列 出 以 下 幾 點(1) 由 局 部 燃 燒 擴 大 至 全 面 燃 燒(2) 由 燃 料 控 制 轉 變 為 通 風 控 制(3) 火 焰 引 燃 天 花 板 下 方 的 可 燃 性 蒸 氣 , 進 而 使 火 焰 竄 出 門 口第 一 個 閃 燃 定 義 為 閃 燃 後 所 有 可 燃 性 物 質 皆 被 引 燃 ,Martin and Wiersma [19]指 出 (2) 為 (1) 造 成 的 結 果 , 並 不 是 重 要 的 定 義 , 第 三 個 閃 燃 定 義 為 從 外 部 觀 察 火焰 竄 出 開 口 [1]。上 述 的 定 義 , 可 作 為 實 驗 時 的 指 標 , 定 義 (1) 為 所 有 可 燃 物 被 引 燃 , 可 利 用報 紙 或 第 二 油 盤 引 燃 作 為 閃 燃 指 標 , 定 義 (3) 為 火 焰 突 然 竄 出 , 實 驗 時 可 利 用 火焰 竄 出 門 口 作 為 閃 燃 指 標 , 而 定 義 (3) 易 與 預 混 燃 燒 (premixed combustion) 聯 想[1], 以 為 需 要 足 夠 的 可 燃 性 蒸 氣 方 能 發 生 閃 燃 。 閃 燃 的 理 論 應 當 是 熱 不 穩 定 性所 造 成 , 但 理 論 上 之 熱 不 穩 定 性 (thermal instability) 似 乎 無 法 與 火 焰 竄 出 門 口 或 報紙 引 燃 對 應 , 本 研 究 將 利 用 一 系 列 的 實 驗 , 釐 清 未 燃 的 可 燃 性 蒸 氣 與 第 二 可 燃 物對 閃 燃 機 制 的 影 響 。2

3.2 通 風 效 應 對 燃 燒 之 影 響開 放 與 侷 限 空 間 之 通 風 情 形 具 有 很 大 差 異 。 從 理 論 分 析 , 通 風 效 應 表 示 燃燒 三 要 素 中 - 氧 氣 供 給 量 , 會 直 接 反 應 在 可 燃 物 燃 燒 程 度 , 當 通 風 良 好 其 氧 氣 量充 足 , 造 成 燃 燒 效 率 越 高 。 開 放 空 間 燃 燒 由 於 四 週 皆 無 遮 蔽 物 , 所 以 通 風 情 形 相當 良 好 , 氧 氣 供 給 量 相 當 充 足 ; 反 之 , 侷 限 空 間 只 能 藉 由 開 口 進 行 氣 體 交 換 , 所以 其 通 風 情 形 較 不 良 好 。 比 較 開 放 空 間 與 侷 限 空 間 之 燃 燒 速 率 ( 圖 3-1), 發 現 開放 空 間 之 燃 燒 速 率 較 低 且 穩 定 , 侷 限 空 間 其 燃 燒 速 率 除 了 剛 開 始 與 開 放 空 間 相 似外 , 約 170 秒 後 侷 限 空 間 之 燃 燒 速 率 明 顯 高 於 開 放 空 間 。而 一 般 意 外 引 起 的 火 災 , 通 常 是 密 閉 或 侷 限 的 空 間 , 在 這 樣 的 條 件 下 , 通 風效 應 ( 流 入 的 氧 氣 ) 也 就 更 顯 得 重 要 。 通 風 良 好 可 增 加 氧 氣 量 , 進 而 使 得 燃 燒 更 旺盛 ; 但 通 風 由 於 是 冷 空 氣 之 參 與 , 亦 造 成 冷 卻 的 效 應 。 因 此 , 受 侷 限 的 空 間 通 風雖 較 不 良 好 , 但 熱 容 易 蓄 積 , 再 加 上 更 有 效 的 熱 回 饋 , 還 是 能 提 高 燃 燒 的 效 率 ,且 通 風 效 應 對 不 同 階 段 之 侷 限 空 間 火 災 影 響 皆 不 相 同 , 所 以 通 風 效 應 對 侷 限 空 間燃 燒 的 影 響 仍 有 許 多 變 數 的 。圖 3-1 開 放 空 間 與 侷 限 空 間 之 燃 燒 速 率 圖一 般 將 侷 限 空 間 火 災 分 為 燃 料 控 制 燃 燒 (Fuel Control) 以 及 通 風 控 制 燃 燒(Ventilation Control) 兩 類 。 當 火 發 生 於 開 放 空 間 中 , 或 是 火 災 成 長 初 期 時 , 空 間內 具 有 充 足 的 空 氣 以 供 應 火 焰 之 燃 燒 , 由 於 空 氣 不 斷 供 應 , 故 火 焰 持 續 時 間 之 長短 受 制 於 燃 料 的 量 。 而 第 二 類 通 風 控 制 燃 燒 代 表 於 可 燃 物 數 量 充 足 , 燃 燒 所 需 之氧 量 會 影 響 其 燃 燒 狀 況 , 經 由 門 或 是 窗 戶 等 開 口 提 供 之 空 氣 量 會 成 為 火 災 旺 盛 程度 的 關 鍵 。3

針 對 侷 限 空 間 中 之 通 風 情 形 ,Kawagoe[20] 提 出 通 風 因 子 (AH) 的 概 念 來定 量 侷 限 空 間 中 通 風 狀 況 (A 表 示 通 風 口 面 積 ,H 代 表 通 風 口 高 度 )。 後 續 多 次 研究 以 此 因 子 分 析 侷 限 空 間 之 情 形 。Thomas[21] 改 變 侷 限 空 間 體 積 及 通 風 因 子 大 小進 行 研 究 , 發 現 通 風 因 子 會 影 響 燃 料 燃 燒 速 率 及 侷 限 空 間 內 最 高 溫 度 。 結 果 指出 , 相 同 侷 限 空 間 若 通 風 因 子 越 大 , 侷 限 空 間 內 最 高 溫 度 也 隨 之 增 加 , 造 成 燃 料質 量 損 失 情 形 越 快 , 但 其 原 因 並 無 詳 細 討 論 。Pretrel et al. [22] 比 較 開 放 空 間 與 侷 限 空 間 燃 燒 速 率 , 在 燃 燒 成 長 期 因 為 侷 限空 間 氧 氣 充 足 , 所 以 通 風 因 子 影 響 不 大 , 造 成 兩 者 間 燃 燒 速 率 相 同 ; 第 二 階 段 燃燒 成 長 期 發 現 火 焰 不 斷 跳 動 , 是 因 為 氧 氣 濃 度 變 低 造 成 火 焰 會 往 氧 濃 度 較 高 之 地方 反 應 , 而 上 述 震 盪 火 焰 會 改 變 燃 燒 效 率 , 在 此 不 穩 定 階 段 侷 限 空 間 燃 燒 速 率 是高 於 開 放 空 間 , 此 時 通 風 因 子 扮 演 相 當 重 要 之 角 色 ; 最 後 燃 燒 衰 退 期 , 侷 限 空 間中 氧 氣 大 量 消 耗 , 因 缺 乏 氧 氣 幫 助 燃 燒 , 此 階 段 開 放 空 間 燃 燒 效 率 是 高 於 侷 限 空間 。Delichatsios 和 Silcock[23] 以 單 位 油 盤 面 積 通 風 效 應 A H / A VS 單 位 油 盤 面f積 質 量 損 失 率m /Af所 得 之 關 係 圖 為 一 適 當 之 分 析 方 式 , 並 指 出 由 圖 中 之 斜 率 可判 斷 此 過 程 受 通 風 之 影 響 程 度 。 由 此 可 見 , 侷 限 空 間 內 火 災 成 長 與 通 風 開 口 之 面積 及 高 度 有 非 常 密 切 的 關 係 。3.3 侷 限 空 間 內 部 熱 傳 情 形侷 限 空 間 內 部 燃 燒 煙 氣 流 動 情 形 如 圖 3-2[24](H: 侷 限 空 間 高 度 、H V : 通風 口 高 度 、 ∆ : 開 口 至 侷 限 空 間 頂 部 距 離 、 h L( t): 煙 氣 至 侷 限 空 間 底 部 距 離 。)(a) 侷 限 空 間 內 燃 燒 初 期 產 生 煙 氣 情 形 並 不 明 顯 。(b) 隨 著 燃 燒 情 況 不 斷 擴 大 ,煙 氣 開 始 在 天 花 板 逐 漸 擴 散 累 積 。(c) 煙 層 逐 漸 向 下 累 積 至 開 口 頂 部 。(d) 煙 層累 積 低 於 開 口 頂 部 , 煙 氣 從 開 口 向 外 排 出 。當 煙 氣 不 斷 從 開 口 排 出 同 時 , 冷 空 氣 也 從 開 口 底 部 不 斷 流 入 侷 限 空 間 內 部 ,而 熱 煙 氣 與 冷 空 氣 交 界 處 則 稱 為 中 性 層 (neutral plane)。 隨 著 不 同 燃 燒 階 段 中 性層 位 置 也 會 不 斷 改 變 , 並 且 中 性 層 位 置 會 影 響 侷 限 空 間 內 兩 個 主 要 熱 傳 效 應 (1)輻 射 熱 及 (2) 對 流 。4

圖 3-2 侷 限 空 間 內 部 煙 氣 流 動 情 形 [24]對 侷 限 空 間 來 說 , 自 身 空 間 氧 氣 含 量 已 相 當 缺 乏 並 加 上 燃 料 燃 燒 之 需 氧 量 ,所 以 其 氧 氣 補 充 情 形 對 燃 燒 影 響 是 相 當 顯 著 的 。 而 侷 限 空 間 空 氣 補 充 情 形 全 賴 於開 口 下 方 冷 空 氣 之 流 入 , 則 更 加 突 顯 中 性 層 位 置 之 重 要 性 。Howard[25] 利 用 質 能守 恆 關 係 及 中 性 層 位 置 推 算 出 排 出 煙 氣 量 及 進 入 空 氣 量83m u = Cb gρ( ρa− ρ)( hυ− hn)2 ..........(1)3mu= 排 出 煙 氣 量 (kg/s), C = 0.68,g = 重 力 加 速 度 (9.8 m/s), b= 開 口 寬 度 (m),ρ= 熱 煙 層 密 度 (kg/m 3 ), ρ a= 冷 空 氣 密 度 (kg/m 3 ), h υ= 開 口 高 度 (m),hn= 中 性 層 高 度 (m)352.8其 中 ρ = ..........(2)T⎛ 1+yo λ ⎞m = ⎜ 2⎟d mu..........(3)⎝1+0.23λ⎠md= 流 入 空 氣 量 (kg/s), o 2y= 煙 氣 層 內 之 氧 氣 濃 度 ,λ= 有 效 燃 料 空 氣 比m = 質 量 損 失 率 ,Q = 熱 釋 放 率m其 中 λ = ..........(4)Q13.15

3.4 門 形 式 通 風 對 侷 限 空 間 燃 燒 之 影 響目 前 大 多 數 研 究 只 針 對 單 一 門 形 式 ( 通 風 口 至 侷 限 空 間 底 部 ) 進 行 探 討 , 而將 近 十 年 相 關 之 研 究 整 理 如 表 3-2, 並 討 論 通 風 因 子 與 燃 燒 彼 此 間 相 互 關 係 。3.4.1 閃 燃 發 生 時 間閃 燃 定 義 為 火 勢 持 續 成 長 時 , 且 煙 層 高 度 逐 漸 降 低 , 並 增 加 向 下 的 輻 射 熱 強度 , 而 增 加 的 輻 射 熱 不 只 增 加 已 燃 可 燃 物 的 燃 燒 速 率 , 相 對 的 也 會 加 速 其 他 未 燃物 熱 裂 解 產 生 可 燃 蒸 氣 , 一 旦 該 氣 體 與 空 氣 之 混 合 氣 體 濃 度 達 到 燃 燒 界 限 時 , 且溫 度 已 達 多 數 材 料 之 引 燃 點 或 以 上 , 則 會 產 生 瞬 間 爆 發 使 整 個 室 內 頓 時 陷 入 火 海中 稱 之 , 亦 即 使 局 部 燃 燒 瞬 間 擴 大 至 整 體 燃 燒 。 而 將 各 學 者 閃 燃 分 析 進 行 比 較 分析 ( 表 3-1), 目 前 針 對 閃 燃 現 象 僅 歸 納 出 粗 略 的 解 釋 (1) 房 間 天 花 板 下 方 溫 度達 600 ℃(2) 地 板 熱 通 量 達 20 kW/m 2 及 (3) 火 焰 竄 出 房 間 (4) 房 間 內 報 紙 自燃 (5) 熱 釋 放 率 達 1 MW[26], 上 述 實 驗 結 果 是 以 ISO 9705 試 驗 下 進 行 , 房 間尺 寸 為 2.4 m×3.6 m×2.4 m( 高 ), 開 口 高 度 為 0.8 m×2.0 m( 高 )( 圖 3-3)。而 上 述 結 果 是 閃 燃 發 生 時 伴 隨 之 結 果 , 並 非 閃 燃 發 生 之 原 因 , 而 很 多 研 究 也常 常 倒 果 為 因 , 造 成 某 些 不 合 理 性 。 且 上 述 結 果 是 以 全 尺 寸 進 行 研 究 , 若 為 縮 小尺 寸 其 閃 燃 判 定 方 法 為 何 ? 目 前 也 無 相 關 之 研 究 。來 源Waterman(1968)[27]Hägglund(1974) [28]Heselden etal.(1975) [29]Parker andLee(1974) [30]Fang(1975) [31]Babrauskas(1977) [32]表 3-1 各 學 者 研 究 閃 燃 分 析 比 較實 驗 方 式氣 體 溫 度閃 燃 判 別( 實 驗 尺 寸 )(℃)全 尺 寸 傢 俱 實 驗(3.64m×3.64m×2.43m高 )全 尺 寸 房 間 實 驗( 房 間 高 度 為 2.7 m)小 尺 寸 房 間 實 驗( 房 間 高 度 為 1 m)未 註 明全 尺 寸 實 驗 (NBS)(3.26m×3.26m×2.44m高 , 開 口 0.76m×2.03m)連 續 床 墊 燃 燒 實 驗(2.4m×3.6m×2.4m 高 ,開 口 0.8 m×2.0 m)地 上 報 紙引 燃火 燄 竄 出門 口---纖 維 燃 料引 燃報 紙 引 燃火 燄 竄 出門 口熱 通 量(kW/m 2 )--- 20 kW/m 2天 花 板 下10mm 處 600℃天 花 板 附 近450 ℃---天 花 板 下25mm 處450-650 ℃天 花 板 下10mm 處600 ℃------房 間 底 部20 kW/m 2地 板 位 置平 均 熱 通量 17-25kW/m 2Babrauskas 全 尺 寸 實 驗 紙 箱 被 引--- 20 kW/m 2(1977) [33] ( 尺 寸 同 上 )燃Budnick & 組 合 式 房 屋 天 花 板 中 心 地 板 中 心---6

Klein(1979) [34]Lee & Breese(1979) [35]Fang andBreese(1980) [36]Quintiere andMcCaffrey(1980) [37]Fang andBreese(1680) [36]Thomas (1981)[38]M.Spearpoint etal.(1999) [39]實 驗( 尺 寸 未 註 明 )潛 艇 全 尺 寸實 驗(2.44m×3.66m×2.44m高 , 開 口 0.76m×2.03m)居 室 全 尺 寸實 驗( 尺 寸 未 註 明 )木 頭 與 塑 膠 在 房 間 燃燒 實 驗 ( 房 間 高 度 0.7至 2.7m, 面 積 1.14 至12.0m 2 )地 下 娛 樂 室 實 驗( 尺 寸 未 註 明 )半 經 驗 計 演 算 法 (semiempirical)全 尺 寸 實 驗和 電 腦 模 擬報 紙 引 燃報 紙 引 燃報 紙 引 燃纖 維 燃 料引 燃下 25mm 處673-771 ℃室 內 溫 度650門 口 溫 度550 (℃)平 均 上 層 處706±92 ℃閃 燃 天 花 板溫 度 超 過600 ℃( 未 閃燃 低 於 450℃)報 紙 引 燃 ---------週 遭 溫 度達 520 ℃最 小 輻 射熱 通 量 15kW/m 2地 板 位 置平 均 熱 通量 17-30kW/m 2------地 板 中 心20 kW/m 2輻 射 熱 通量 達 22kW/m 2天 花 板 溫 度達 600 ℃ ---圖 3-3 ISO 9705 房 間 示 意 圖7

而 閃 燃 是 由 燃 料 控 制 燃 燒 轉 變 成 通 風 控 制 燃 燒 。Harmathy[40] 利 用 不 同 尺 寸房 間 進 行 實 驗 , 並 經 整 理 得 下 列 關 係 式通 風 控 制 燃 燒 :ρg12AAWfH12< 0.235 ..........(5)燃 料 控 制 燃 燒 :ρg12AAWfH12> 0.290 ..........(6)Heselden[41] 也 從 其 實 驗 中 ( 侷 限 空 間 長 寬 高 :1m、2m、1m) 得 到 下 列 關係 式通 風 控 制 燃 燒 :m > m/ r kg/s ..........(7)燃 料 控 制 燃 燒 :m = 燃 料 質 量 損 失 率 (kg/s), mairm < m/ r kg/s ..........(8)airair= 進 入 空 氣 速 率 (kg/s), r = 氧 氣 燃 料 當 量 比其 中 m 0.52AH2kg/s ..........(9)air ≈W此 外 ,Babrauskas [42] 以 質 能 平 衡 之 概 念 推 導 閃 燃 所 需 的 最 小 熱 釋 率 可 以 通 風 因 子 預 估Q = 750A h ……….(10)H agglund[43] 提 出 達 到 閃 燃 的 最 小 熱 釋 放 率 估 算 方 程 式 , A T為 不 含 開 口 部 之 有效 熱 傳 面 積 :1⎛ 1.2 ⎞Q= 1050A ⎜T0. 247⎟+ ……….(11)AT/ A h⎝⎠3McCaffrey et al. [44] 利 用 簡 單 的 能 量 守 衡 和 實 驗 數 據 ( 房 間 尺 寸 為 高 0.7 至 2.7 公尺 , 地 板 面 積 為 1.14 至 12.0 平 方 公 尺 ) 預 測 閃 燃 發 生 之 熱 釋 放 率Q= 740hKATAh ……….(12)其 中 h = 對 於 天 花 板 / 牆 壁 之 有 效 熱 傳 係 數 。K但 上 述 提 到 預 測 閃 燃 經 驗 式 大 多 數 是 以 模 擬 軟 體 或 實 驗 數 據 加 上 理 論 推 導所 得 到 之 結 論 , 未 能 套 用 在 所 有 侷 限 空 間 中 。8

學 者Hamins[45]Tofilo[46]Pierce[47]Makhviladzeet al.[48]Feng[49]Thomas[21]Parkes[50]房 間 尺 寸( 長 × 寬 × 高 )21.66m×7.04m×3.82m( 矽 酸 鈣 板 )1.2m×0.8m×0.8m( 內 部 : 絕 緣 板外 部 : 防 火 板 )1.8m×1.2m×1.2m( 矽 酸 鈣 板 )0.59m×0.3m×0.275m0.43m×0.3m×0.275m0.72m0.48m×0.48m1.025m×0.72m×0.7m0.655m×0.72m×0.7m4m×3m×3m1.5m×0.6m×0.3m0.6m×1.5m×0.3m3.6m×2.4m×1.2m表 3-2 門 形 式 侷 限 空 間 相 關 研 究開 口 探 討 階 段 燃 料A H 形 式閃 燃前閃 燃後種 類尺 寸5.66 門 未 分 類 庚 烷 ---0.14560.07280.03640.05140.02570.01280.150.250.360.0010.0020.0030.0040.0060.0070.0080.941.852.90.030.10.250.42.43.15門未 分 類甲 醇酒 精甲 苯門 未 分 類 庚 烷0.04m 20.06 m 20.09 m 20.09 m 20.17 m 2門 有 --- 丙 烷 0.18 m 2門 未 分 類 柴 油門未 分 類乙 醇 +甲 醇0.11 m 20.25 m 20.36 m 20.49 m 20.64 m 20.81 m 20.63 m 2門 未 分 類 庚 烷 0.4 m 29

3.4.2 液 體 燃 料 質 量 損 失 率圖 , Q •F "圖 3-4 為 燃 料 燃 燒 時 典 型 之 質 量 損 失 及 熱 量 傳 遞 (heat and mass transfer) 示 意為 燃 料 燃 燒 後 對 燃 料 之 熱 回 饋 (heat feedback), Q •L"為 熱 量 散 失 (heat loss),•m " 為 燃 料 燃 燒 質 量 損 失 率 (mass loss rate), 另 有 空 氣 之 參 與 (air entrainment)。 如有 外 加 熱 源 ( Q • E " , kW/m²), Lv 為 燃 料 之 潛 熱 (kJ/g), 燃 料 燃 燒 質 量 損 失 率 如下QF′ + QE′′− QL′′m′′ =……….(13)Lv圖 3-4 液 體 燃 料 燃 燒 時 典 型 之 質 量 損 失 及 熱 量 傳 遞 示 意 圖Tofilo[46] 驗 過 程 中 發 現 開 口 愈 大 , 火 焰 顏 色 越 明 亮 , 表 示 其 燃 燒 程 度 越 良 好導 致 其 質 量 損 失 率 越 大 ; 反 之 , 開 口 變 小 時 , 火 焰 光 度 會 明 顯 減 少 , 此 時 火 焰 輻射 也 相 對 減 少 , 質 量 損 失 率 亦 隨 之 下 降 , 此 實 驗 中 通 風 因 子 是 扮 演 幫 助 燃 燒 之 角色 。Pierce[47] 改 變 門 口 寬 度 , 發 現 門 口 寬 度 減 少 時 , 煙 層 更 容 易 累 積 在 天 花 板上 , 造 成 熱 回 饋 更 加 顯 著 並 提 高 其 質 量 損 失 率 , 此 時 通 風 因 子 是 扮 演 抑 制 燃 燒 之角 色 。Feng[49] 在 侷 限 空 間 油 盤 燃 燒 特 性 之 研 究 中 改 變 侷 限 空 間 開 口 高 度 ( 大 、中 、 小 開 口 通 風 因 子 分 別 為 2.9、1.85、0.94), 發 現 燃 燒 初 期 各 階 段 燃 燒 速 率 皆無 明 顯 差 異 , 其 原 因 為 燃 燒 初 期 熱 煙 層 較 無 明 顯 影 響 且 供 氧 量 充 足 , 液 體 燃 料 質量 損 失 率 取 決 於 油 盤 本 身 大 小 。 而 在 成 長 期 發 現 小 油 盤 中 之 燃 燒 速 率 與 開 口 大 小成 正 比 關 係 , 因 為 對 小 油 盤 來 說 開 口 越 大 , 相 對 室 內 通 風 條 件 越 好 ; 而 大 油 盤 之燃 燒 速 率 與 開 口 大 小 趨 勢 則 與 小 開 口 不 同 ( 中 開 口 > 大 開 口 > 小 開 口 )。 主 要 原 因有 兩 點 : 一 是 由 於 中 開 口 通 風 條 件 比 小 開 口 好 , 使 得 中 開 口 燃 燒 速 率 高 於 小 開口 ; 二 是 因 為 油 盤 接 受 輻 射 熱 回 饋 程 度 會 影 響 燃 燒 速 率 , 雖 然 大 開 口 通 風 條 件 更好 , 但 由 於 開 口 變 大 , 開 口 上 緣 就 會 增 高 , 使 得 煙 氣 層 遠 離 油 盤 , 造 成 油 盤 吸 收煙 氣 之 輻 射 熱 回 饋 減 少 , 燃 燒 速 率 反 而 降 低 。 中 開 口 通 風 條 件 優 於 小 開 口 且 接 受10

煙 層 之 熱 輻 射 也 很 強 烈 , 所 以 造 成 燃 燒 速 率 最 高 之 情 形 。在 燃 燒 初 期 , 侷 限 空 間 內 煙 氣 含 量 不 多 造 成 輻 射 熱 回 饋 情 形 不 明 顯 且 空 間 內氧 氣 充 足 , 液 體 燃 料 燃 燒 速 率 取 決 於 油 盤 本 身 大 小 與 燃 料 性 質 , 此 階 段 通 風 因 子較 無 明 顯 影 響 。 隨 著 火 勢 不 斷 變 大 , 液 體 燃 料 燃 燒 所 需 氧 量 不 斷 增 加 , 此 時 開 口越 大 流 入 之 冷 空 氣 越 多 , 使 得 液 體 燃 料 燃 燒 更 完 全 提 高 液 體 燃 料 燃 燒 效 率 , 此 階段 通 風 因 子 扮 演 幫 助 燃 燒 之 角 色 。 當 燃 燒 進 到 某 種 規 模 時 , 此 時 煙 層 達 一 定 厚 度造 成 其 輻 射 熱 回 饋 對 液 體 燃 料 燃 燒 之 影 響 大 於 通 風 效 應 對 液 體 燃 料 燃 燒 之 影響 , 造 成 通 風 因 子 越 大 , 液 體 燃 料 質 量 損 失 率 反 而 下 降 , 在 此 階 段 , 通 風 因 子 扮演 抑 制 燃 燒 之 角 色 。上 述 三 個 階 段 得 之 , 通 風 因 子 對 不 同 侷 限 空 間 、 油 盤 大 小 以 及 燃 燒 階 段 造 成其 液 體 燃 料 燃 燒 效 率 之 影 響 皆 不 相 同 , 而 目 前 為 止 相 關 研 究 甚 少 。3.4.3 熱 釋 放 率液 體 燃 料 之 熱 釋 放 率 (Heat Release Rate) 如 式 (1) 所 示 。[51]Q = χ ⋅ m′′ ⋅ A ⋅ ∆H……….(9)cfc其 中 Q 為 熱 釋 放 率 ; A 為 液 面 面 積 ; ∆ 為 物 質 燃 燒 熱 ;χ 為 燃 燒 完 全 度 ;m ′cfH c為 燃 料 燃 燒 質 量 損 失 率 。 分 析 液 體 燃 料 之 熱 釋 放 率 時 , A 及 ∆fH c為 燃 燒 之 範 圍及 液 體 燃 料 性 質 , 但 χ 及 m ′則 受 燃 燒 環 境 之 影 響 。 由 上 式 得 之 液 體 燃 料 熱 釋 放率 與 液 體 燃 料 燃 燒 速 率 成 正 比 關 係 , 因 此 Pierce[48] 熱 釋 放 率 趨 勢 與 上 述 液 體 燃料 燃 燒 質 量 損 失 率 相 同 。Parkes[50] 將 侷 限 空 間 之 一 面 牆 壁 視 為 通 風 口 , 結 果 發現 其 熱 釋 放 率 與 開 放 燃 燒 差 不 多 , 造 成 原 因 是 由 於 通 風 因 子 過 大 使 得 煙 層 不 易 累積 且 供 氧 量 充 足 , 其 狀 況 與 開 放 燃 燒 相 似 所 以 才 會 產 生 此 結 果 。3.4.4 地 板 熱 通 量地 板 熱 通 量 取 決 於 侷 限 空 間 中 煙 層 熱 回 饋 、 火 焰 本 身 熱 回 饋 、 牆 面 對 燃 料 熱回 饋 與 對 流 熱 總 合 。Tofilo[46] 與 Pierce[47] 指 出 燃 料 發 煙 性 越 高 其 輻 射 熱 通 熱 越高 , 因 為 燃 燒 發 煙 性 性 高 產 生 煙 粒 子 越 多 造 成 煙 層 厚 度 越 厚 , 其 輻 射 熱 回 饋 較 果更 好 。Pierce[47] 也 指 出 輻 射 熱 回 饋 、 熱 釋 放 率 及 火 災 成 長 是 相 互 關 聯 , 所 以 通風 因 子 對 地 板 熱 通 量 影 響 之 趨 勢 也 與 液 體 燃 料 質 量 損 失 率 相 同 。3.4.5 侷 限 空 間 內 溫 度Pierce[47] 從 研 究 中 說 明 侷 限 空 間 溫 度 與 煙 層 熱 輻 射 有 相 當 大 之 關 聯 性 , 所以 當 通 風 因 子 變 小 , 累 積 煙 層 越 多 其 室 內 溫 度 越 高 , 此 結 論 也 與 Song[52] 相 同 。Song[52] 提 出 開 口 寬 度 越 寬 , 開 口 處 之 對 流 熱 損 失 越 大 而 造 成 熱 煙 氣 體 溫 度 越低 , 延 長 閃 燃 發 生 之 時 間 ;Parkes[50] 發 現 牆 形 式 通 風 因 子 其 溫 度 會 遠 低 於 門 形式 通 風 因 子 , 其 原 因 為 通 風 因 子 太 大 , 煙 層 無 法 累 積 其 熱 輻 射 回 饋 不 顯 著 。11

Tofilo[46] 也 指 出 煙 層 熱 輻 射 會 直 接 影 響 侷 限 空 間 溫 度 , 若 火 焰 越 小 或 燃 料 發 煙 性低 其 火 焰 輻 射 較 無 明 顯 影 響 , 使 得 侷 限 空 間 內 溫 度 較 低 。從 上 述 文 獻 [45-50] 整 理 得 知 , 若 通 風 因 子 改 變 會 造 成 煙 層 輻 射 熱 回 饋 與 對 流情 況 改 變 , 會 影 響 液 燃 體 料 燃 燒 速 率 、 熱 釋 放 率 、 熱 通 量 及 侷 限 空 間 溫 度 。3.5 窗 形 式 通 風 對 侷 限 空 間 燃 燒 之 影 響Sanderson[53] 利 用 CFD(Computational Fluid Dynamics) 軟 體 模 擬 開 口 大 小對 侷 限 空 間 之 影 響 , 指 出 開 口 越 小 其 輻 射 損 失 減 少 , 造 成 侷 限 空 間 內 溫 度 增 加 。而 其 他 窗 形 式 相 關 研 究 例 如 :Himoto[54] 模 擬 進 氣 裝 置 對 閃 燃 之 影 響 、Yii[55] 模擬 閃 燃 後 燃 料 種 類 與 空 間 對 溫 度 之 影 響 以 及 Weng[56] 研 究 不 同 開 口 對 回 燃 的 影響 … 等 , 都 提 出 通 風 因 子 對 其 影 響 但 皆 無 進 一 步 討 論 。 可 看 出 窗 形 式 通 風 因 子 對燃 燒 之 影 響 尚 無 明 確 定 義 及 結 果 , 還 需 更 深 入 整 理 及 實 際 實 驗 來 佐 證 。3.6 其 他 形 式 通 風 對 侷 限 空 間 燃 燒 之 影 響Kumar[57] 利 用 實 驗 及 模 擬 軟 體 CALTREE[58] 探 討 對 立 雙 開 口 ( 雙 門 及 雙窗 ) 對 燃 燒 之 關 係 ( 見 表 2-3)。 雙 開 口 空 氣 流 速 高 於 單 開 口 提 升 其 燃 燒 程 度 , 所以 雙 開 口 熱 釋 放 率 是 高 於 單 開 口 ; 侷 限 空 間 溫 度 方 面 , 大 油 盤 及 中 油 盤 需 要 較 多氧 氣 參 與 燃 燒 , 而 雙 開 口 提 供 較 充 足 之 氧 量 以 促 進 燃 燒 , 所 以 雙 開 口 溫 度 高 於 單開 口 溫 度 ; 但 小 油 盤 需 氧 量 較 少 , 若 開 口 越 大 反 而 易 使 煙 氣 流 失 而 影 響 侷 限 空 間內 部 溫 度 , 所 以 對 小 油 盤 而 言 , 單 開 口 溫 度 是 高 於 雙 開 口 。Merci[59] 針 對 侷 限 空 間 中 屋 頂 通 風 效 應 對 進 行 研 究 , 當 屋 頂 開 口 越 大 , 流 出 煙 氣質 量 流 率 變 快 造 成 熱 煙 層 厚 度 變 薄 , 熱 回 饋 情 形 降 低 而 使 整 體 煙 層 溫 度 上 升 趨 勢漸 緩 。從 以 上 結 論 未 能 明 確 指 出 雙 開 口 對 燃 燒 之 具 體 影 響 為 何 , 再 加 上 雙 開 口 通 風形 式 之 相 關 文 獻 不 多 , 其 研 究 還 需 更 進 一 步 實 驗 及 分 析 。表 3-3 雙 開 口 形 式 侷 限 空 間 相 關 研 究開 口 探 討 階 段 燃 料房 間 尺 寸學 者閃 燃 閃 燃( 長 × 寬 × 高 ) A H 形 式種 類 尺 寸前 後Kumar[58]2.79 m×2.24 m×1.62 m1.1×20.23×2雙 門雙 窗未 分 類苯 + 煤 油0.01m 20.04m 20.0625m 22.55( 門 )0.5 m 20.75 m 21.45 m 2Burner(330kW440kW550kW)Merci[59]3.6 m×3 m×2.3 m門 +屋 頂未 分 類0.09m 20.36m 212

四 、 研 究 方 法4.1 侷 限 空 間 中 第 二 可 燃 物 對 閃 燃 影 響 之 討 探本 實 驗 分 單 油 盤 實 驗 及 雙 油 盤 實 驗 , 探 討 未 燃 的 可 燃 性 蒸 氣 及 第 二 可 燃 物 是否 會 對 閃 燃 造 成 影 響 。 實 驗 所 使 用 的 實 驗 屋 為 1/3 ISO 9705 縮 小 實 驗 屋 , 內 部 鋪設 防 火 棉 以 減 少 熱 量 損 失 , 圖 4-1 為 實 驗 設 備 配 置 圖 , 於 門 口 設 置 熱 電 偶 樹 、 天花 板 下 方 三 處 設 置 熱 電 偶 及 地 板 設 置 熱 通 量 計 , 其 中 熱 電 偶 樹 以 每 10 公 分 設 置一 點 , 天 花 板 下 方 熱 電 偶 距 天 花 板 10 公 分 , 熱 電 偶 -c 設 置 在 第 二 油 盤 正 上 方 。本 實 驗 使 用 兩 種 不 同 發 煙 性 之 燃 料 , 分 別 為 汽 油 及 異 丙 醇 , 兩 種 燃 料 特 性 如下 [60], 汽 油 潛 熱 為 338.9 kJ/kg、 燃 燒 熱 為 44.1 MJ/kg; 異 丙 醇 潛 熱 為 664.8 kJ/kg、燃 燒 熱 為 30.45 MJ/kg, 本 實 驗 使 用 數 種 不 同 直 徑 的 油 盤 ( 如 表 4-1 所 示 ), 以產 生 不 同 的 熱 釋 放 率 , 而 每 種 燃 料 最 少 有 兩 種 尺 寸 的 油 盤 會 引 起 閃 燃 , 並 有 一 種尺 寸 的 油 盤 不 會 引 起 閃 燃 , 實 驗 中 所 使 用 之 油 盤 皆 倒 入 2 公 分 深 的 燃 料 , 並 使 用電 子 天 平 測 量 燃 料 質 量 損 失 率 ( 精 度 1g)。實 驗 開 始 後 即 引 燃 第 一 油 盤 , 若 有 第 二 油 盤 , 則 會 受 到 第 一 油 盤 燃 燒 所 產 生的 熱 量 影 響 釋 放 出 更 多 可 燃 性 蒸 氣 , 實 驗 量 測 並 比 較 有 、 無 第 二 油 盤 情 形 下 閃 燃時 間 、 天 花 板 溫 度 及 地 面 熱 通 量 , 若 有 、 無 第 二 油 盤 情 形 下 閃 燃 時 間 無 差 別 , 則表 示 未 燃 的 可 燃 性 蒸 氣 及 第 二 可 燃 物 非 為 閃 燃 之 必 要 條 件 。圖 4-1 實 驗 設 備 配 置 圖13

表 4-1 油 盤 直 徑第 一 油 盤 (cm) 第 二 油 盤 (cm)汽 油 19、22.5、26 19異 丙 醇 19、22.5、26、30 194.2 侷 限 空 間 中 不 同 開 口 模 式 對 閃 燃 影 響 之 探 討本 實 驗 使 用 縮 小 1/3 ISO 9705 模 型 屋 進 行 實 驗 ( 詳 細 配 置 如 圖 4-2), 於 天 花板 角 落 之 下 方 10 公 分 處 設 置 熱 電 偶 , 門 口 設 置 熱 電 偶 樹 (Thermocouple tree),並 於 地 板 放 置 報 紙 、 熱 通 量 計 及 數 位 天 平 , 實 驗 將 分 為 五 種 開 口 模 式 ( 如 表 4-2所 示 ) 及 三 種 開 口 配 置 方 式 ( 如 圖 4-3 之 單 開 口 、 圖 4-4 之 前 後 雙 開 口 、 圖 4-5之 前 側 雙 開 口 ), 實 驗 使 用 兩 種 不 同 發 煙 性 之 燃 料 ( 異 丙 醇 、 汽 油 ) 及 數 種 大 小 油盤 (10、15、19、22.5 及 26cm); 實 驗 時 , 將 報 紙 放 置 於 門 口 , 並 一 引 火 源 引 燃油 盤 , 引 燃 後 將 可 測 得 油 盤 質 量 損 失 率 、 火 焰 竄 出 門 口 、 報 紙 引 燃 時 間 、 天 花 板下 方 溫 度 、 地 板 熱 通 量 及 熱 釋 放 率 。圖 4-2 ISO 9705 縮 小 尺 寸 房 間 示 意 圖14

表 4-2 實 驗 變 因FreeburningFully open522/3 open1/2 open2A H= 0.186 mA H= 0.1m2A H=0.066 mUpper55Lower圖 4-3 實 驗 示 意 圖 ( 單 開 口 )15

圖 4-4 實 驗 示 意 圖 ( 前 後 雙 開 口 )圖 4-5 實 驗 示 意 圖 ( 前 及 側 面 雙 開 口 )16

五 、 實 驗 結 果5.1 侷 限 空 間 中 第 二 可 燃 物 對 閃 燃 影 響 之 討 探表 5-1 為 各 組 實 驗 閃 燃 發 生 時 間 , 結 果 顯 示 單 油 盤 實 驗 與 雙 油 盤 實 驗 閃 燃 時間 相 似 , 以 下 將 針 對 未 發 生 閃 燃 及 發 生 閃 燃 分 別 進 行 討 論 , 而 在 圖 表 中 的 單 油 盤及 雙 油 盤 實 驗 將 以 1 及 2 表 示 , 第 一 油 盤 及 第 二 油 盤 將 以 A 及 B 表 示 , 例 如 :”2-A”為 雙 油 盤 實 驗 之 第 一 油 盤 。表 5-1 閃 燃 時 間 數 據燃 料第 一 油 盤 直 徑 第 二 油 盤 直 徑閃 燃 時 間 (s)(cm) (cm) 火 焰 竄 出 門 口 第 二 油 盤 引 燃2619 21±3 47±5- 26±7 -汽 油 22.519 100±11 114±10- 87±8 -1919 no flashover no flashover- no flashover -3019 84±4 106±17- 65±4 -異 丙 醇2619 182±17 203±15- 181±12 -22.519 no flashover no flashover- no flashover -1919 no flashover no flashover- no flashover -5.1.1 未 發 生 閃 燃 現 象 之 汽 油 實 驗圖 5-1 為 汽 油 油 盤 直 徑 19cm 之 質 量 損 失 率 圖 , 圖 中 顯 示 前 60 秒 , 單 、 雙 油盤 實 驗 之 第 一 油 盤 (2-A 及 1-A) 質 量 損 失 率 相 似 ,60 秒 後 2-A 質 量 損 失 率 高 於1-A, 此 外 , 雙 油 盤 實 驗 之 第 二 油 盤 (2-B) 於 40 秒 後 開 始 釋 放 可 燃 性 蒸 氣 , 而可 燃 性 蒸 氣 被 引 燃 後 , 將 對 2-A 產 生 更 多 的 熱 回 饋 , 使 2-A 質 量 損 失 率 高 於 1-A;實 驗 開 始 後 50 秒 , 雙 油 盤 實 驗 之 天 花 板 下 方 溫 度 、 門 口 溫 度 及 地 板 熱 通 量 皆 高於 單 油 盤 實 驗 。5.1.2 發 生 閃 燃 現 象 之 汽 油 實 驗汽 油 油 盤 直 徑 22.5 及 26 cm 皆 為 發 生 閃 燃 現 象 之 實 驗 , 圖 5-2 為 汽 油 油 盤 直徑 22.5cm 之 質 量 損 失 率 圖 , 閃 燃 前 ,2-A 與 1-A 質 量 損 失 率 相 似 , 閃 燃 後 ,2-A質 量 損 失 率 高 於 1-A, 因 2-B 受 熱 所 產 生 的 可 燃 性 蒸 氣 被 2-A 引 燃 後 , 使 室 內 溫度 上 升 , 進 而 產 生 更 多 熱 回 饋 於 2-A, 使 2-A 質 量 損 失 率 高 於 1-A, 此 外 , 圖 5-3為 汽 油 油 盤 直 徑 22.5 cm 之 天 花 板 溫 度 圖 、 圖 5-4 為 汽 油 油 盤 直 徑 22.5 cm 之 地17

板 熱 通 量 圖 , 二 圖 中 皆 可 發 現 在 閃 燃 前 ,2-A 及 1-A 天 花 板 下 方 溫 度 及 地 板 熱 通量 皆 相 似 , 閃 燃 後 ,2-A 天 花 板 溫 度 及 地 板 熱 通 量 皆 高 於 1-A, 並 且 汽 油 油 盤 直徑 26 cm 結 果 與 22.5 cm 結 果 一 致 。5.1.3 未 發 生 閃 燃 現 象 之 異 丙 醇 實 驗異 丙 醇 油 盤 直 徑 19 cm 之 質 量 損 失 率 , 其 單 油 盤 實 驗 與 雙 油 盤 實 驗 之 第 一 油盤 質 量 損 失 率 相 似 , 而 雙 油 盤 實 驗 之 第 二 油 盤 (2-B) 僅 釋 放 出 少 量 的 可 燃 性 蒸氣 , 而 少 量 的 可 燃 性 蒸 氣 並 不 會 擴 大 火 災 , 也 不 會 對 2-A 造 成 熱 回 饋 , 並 且 雙 油盤 實 驗 之 天 花 板 下 方 溫 度 、 門 口 溫 度 及 地 板 熱 通 量 皆 與 單 油 盤 實 驗 十 分 接 近 。5.1.4 發 生 閃 燃 現 象 之 異 丙 醇 實 驗異 丙 醇 油 盤 直 徑 26 及 30 cm 實 驗 皆 發 生 閃 燃 , 圖 5-5 為 異 丙 醇 油 盤 直 徑 26cm 之 質 量 損 失 率 圖 , 閃 燃 前 150 秒 ,2-A 與 1-A 質 量 損 失 率 相 似 , 閃 燃 後 ,2-A質 量 損 失 率 高 於 1-A, 因 2-B 釋 放 出 可 燃 性 蒸 氣 蓄 積 在 天 花 板 下 方 , 閃 燃 時 可 燃性 蒸 氣 被 引 燃 , 室 內 溫 度 上 升 , 造 成 2-A 接 收 到 更 多 熱 回 饋 , 使 2-A 質 量 損 失 率高 於 1-A, 此 外 , 閃 燃 前 , 單 油 盤 實 驗 與 雙 油 盤 實 驗 之 天 花 板 下 方 溫 度 及 地 板 熱通 量 差 異 甚 小 , 閃 燃 時 天 花 板 下 方 溫 度 及 地 板 熱 通 量 也 並 無 改 變 , 並 且 異 丙 醇 油盤 直 徑 30 cm 結 果 與 26 cm 結 果 一 致 。圖 5-1 汽 油 單 油 盤 及 雙 油 盤 實 驗 之 質 量 損 失 率 圖 ( 油 盤 直 徑 =19cm)(1 為 單 油 盤 實 驗 、2 為 雙 油 盤 實 驗 ,A 為 第 一 油 盤 、B 為 第 二 油 盤 )18

圖 5-2 汽 油 單 油 盤 及 雙 油 盤 實 驗 之 質 量 損 失 率 圖 ( 油 盤 直 徑 =22.5cm)(1 為 單 油 盤 實 驗 、2 為 雙 油 盤 實 驗 ,A 為 第 一 油 盤 、B 為 第 二 油 盤 )圖 5-3 汽 油 單 油 盤 及 雙 油 盤 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 油 盤 直 徑 =22.5cm)(1 為 單 油 盤 實 驗 、2 為 雙 油 盤 實 驗 ,a、b、c 為 熱 電 偶 位 置 )19

圖 5-4 汽 油 單 油 盤 及 雙 油 盤 實 驗 之 熱 通 量 圖 ( 油 盤 直 徑 =22.5cm)(1 為 單 油 盤 實 驗 、2 為 雙 油 盤 實 驗 ,■ 為 火 焰 竄 出 門 口 時 間 、▲ 為 報 紙 及 第 二 油盤 被 引 燃 時 間 )圖 5-5 汽 油 單 油 盤 及 雙 油 盤 實 驗 之 質 量 損 失 率 圖 ( 油 盤 直 徑 =26cm)(1 為 單 油 盤 實 驗 、2 為 雙 油 盤 實 驗 ,A 為 第 一 油 盤 、B 為 第 二 油 盤 ,■ 為 火 焰 竄出 門 口 時 間 、▲ 為 報 紙 及 第 二 油 盤 被 引 燃 時 間 )20

5.2 侷 限 空 間 中 不 同 開 口 模 式 對 閃 燃 影 響 之 探 討5.2.1 汽 油 單 開 口 實 驗將 汽 油 單 開 口 實 驗 數 據 整 理 成 表 5-2。 在 油 盤 面 積 0.028m 2 中 , 有 閃 燃 現 象發 生 , 而 油 盤 面 積 0.018m 2 則 無 閃 燃 發 生 。燃 料汽 油油 盤 面 積(m2)表 5-2 汽 油 單 開 口 實 驗 閃 燃 發 生 時 間開 口 大 小 及 位 置A H =0.186 A H =0.1 A H =0.066Fully open upper lower upper lower0.028 55 60 86 55 1100.018 - - - - --: 無 閃 燃 ( 火 焰 竄 出 門 口 ) 現 象 發 生5.2.1.1 通 風 因 子 對 未 發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響 ( 單 開 口 )(1) 熱 釋 放 率圖 5-6、 圖 5-7 為 汽 油 (0.018m 2 ) 之 開 口 上 、 下 及 自 由 燃 燒 (free burning) 之熱 釋 放 率 圖 。 比 較 2 圖 發 現 熱 釋 放 率 皆 約 在 20 kW 左 右 , 表 示 未 達 閃 燃 條 件 時 ,侷 限 與 非 侷 限 空 間 對 燃 燒 影 響 並 不 明 顯 , 且 侷 限 空 間 中 通 風 因 子 之 大 小 及 位 置 對燃 燒 影 響 也 不 顯 著 。 其 原 因 為 油 盤 較 小 , 侷 限 空 間 內 燃 燒 所 需 氧 量 充 足 , 再 加 上產 生 熱 煙 氣 量 較 少 , 導 致 輻 射 熱 回 饋 影 響 較 不 顯 著 , 與 開 放 空 間 情 況 相 似 , 所 以不 管 通 風 因 子 大 小 其 熱 釋 放 率 差 異 不 大 。圖 5-6 汽 油 單 開 口 實 驗 之 熱 釋 放 率 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )21

圖 5-7 汽 油 單 開 口 實 驗 之 熱 釋 放 率 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )(2) 天 花 板 溫 度本 實 驗 天 花 板 溫 度 測 點 選 定 為 後 方 ( 圖 4-2-inner) 兩 溫 度 測 點 之 平 均 值 。因 本 實 驗 天 花 板 溫 度 代 表 上 方 煙 層 之 溫 度 , 靠 近 門 口 處 之 兩 溫 度 測 點 ( 圖4-2-outer) 易 受 火 焰 之 溫 度 影 響 ( 因 火 焰 會 往 門 口 竄 出 ), 故 較 不 適 合 。 而 後 述 天花 板 溫 度 皆 是 表 示 後 方 兩 溫 度 測 點 之 平 均 值 。圖 4-4 為 汽 油 油 盤 面 積 為 0.018m 2 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 於 上 方 ), 溫 度 範圍 在 250℃ 至 300℃ 左 右 , 彼 此 差 異 不 大 , 表 示 燃 燒 受 門 檻 ( 表 4-2 之 L 1 ) 效 應影 響 並 不 大 。 因 侷 限 空 間 內 氧 氣 量 充 足 , 門 檻 高 度 並 不 會 直 接 影 響 燃 燒 所 需 的 空氣 量 , 且 累 積 煙 層 厚 度 相 近 , 故 彼 此 間 溫 度 差 異 並 不 大 。22

圖 5-8 汽 油 單 開 口 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )如 圖 5-9 所 示 , 燃 料 為 汽 油 且 油 盤 面 積 為 0.018m 2 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位於 下 方 ), 開 口 在 全 開 與 2/3 開 時 溫 度 約 250℃, 而 開 口 在 1/2 開 時 溫 度 達 350℃。當 開 口 位 於 下 方 時 , 會 受 到 門 楣 ( 表 4-2 之 L 2 ) 效 應 之 影 響 , 當 門 楣 越 大 ( 意 指下 方 處 開 口 越 小 ) 時 , 煙 層 能 累 積 的 量 越 多 其 輻 射 熱 更 顯 著 , 而 造 成 房 間 內 溫 度越 高 , 所 以 當 開 口 為 1/2 開 時 溫 度 最 高 ; 開 口 為 全 開 及 2/3 開 時 因 開 口 較 大 ( 門楣 較 小 ), 煙 層 輻 射 熱 回 饋 較 不 顯 著 , 造 成 其 溫 度 較 低 之 情 形 。圖 5-9 汽 油 單 開 口 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )23

(3) 地 板 熱 通 量圖 5-10 汽 油 油 盤 面 積 為 0.018m 2 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 於 上 方 ), 當 開 口全 開 時 , 冷 空 氣 由 開 口 下 方 進 入 , 直 接 對 油 盤 造 成 冷 卻 之 影 響 , 而 使 得 其 地 板 熱通 量 最 低 ; 開 口 為 2/3 及 1/2 開 時 , 因 有 門 檻 而 間 接 阻 擋 冷 空 氣 直 接 對 油 盤 產 生之 冷 卻 作 用 , 造 成 其 地 板 熱 通 量 較 高 , 但 其 差 值 並 不 大 。圖 5-10 汽 油 單 開 口 實 驗 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )開 口 位 於 下 方 時 , 雖 無 門 檻 直 接 阻 擋 冷 空 氣 對 燃 燒 造 成 冷 卻 之 影 響 , 但 因 門楣 關 係 其 煙 層 熱 輻 射 也 會 加 熱 燃 料 , 造 成 開 口 1/2 開 時 地 板 熱 通 量 最 高 、2/3 次之 和 全 開 最 小 之 情 況 ( 見 圖 5-11)。24

圖 5-11 汽 油 單 開 口 實 驗 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )將 穩 態 時 期 ( 取 200 秒 ) 之 實 驗 量 測 數 據 整 理 成 表 5-3、 表 5-4, 並 利 用 文獻 中 公 式 (1)(3) 推 算 出 門 口 排 出 煙 氣 量 及 進 入 空 氣 量 。由 實 驗 數 據 顯 示 , 當 開 口 位 於 上 方 時 , 全 開 、2/3 開 及 1/2 開 彼 此 排 出 煙 氣量 以 及 進 入 空 氣 量 差 不 多 , 表 示 三 者 通 風 情 況 差 異 不 大 。 而 門 檻 效 應 會 影 響 冷 空進 入 情 形 , 對 天 花 板 溫 度 影 響 不 大 , 但 地 板 熱 通 量 有 些 微 影 響 ; 開 口 位 於 下 方 時 ,全 開 排 出 煙 氣 量 及 進 入 空 氣 量 最 多 、2/3 次 之 、1/2 最 小 , 指 出 下 方 開 口 越 小 時 其通 風 情 況 越 差 。 當 門 楣 高 度 改 變 時 , 煙 層 累 積 厚 度 也 會 隨 之 改 變 , 造 成 輻 射 熱 回饋 強 度 1/2 開 最 多 、2/3 開 次 之 、 全 開 最 低 之 情 形 。雖 然 開 口 位 置 及 大 小 都 會 燃 燒 情 況 造 成 影 響 , 但 因 油 盤 較 小 , 其 燃 燒 需 氧 量少 以 及 煙 層 輻 射 效 果 較 不 顯 著 , 所 以 整 體 熱 釋 放 率 皆 在 20 kW 左 右 , 甚 至 與 開放 空 間 一 致 。 表 示 若 無 閃 燃 現 象 發 生 , 通 風 效 應 對 燃 燒 並 無 顯 著 之 影 響 。表 5-3 汽 油 單 開 口 位 於 上 方 穩 態 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.018m 2 時 間 :200)A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 0.41 0.43 0.4熱 釋 放 率 (kW) 20 20 22地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 2.5 5.3 5.0天 花 板 溫 度 (℃) 250 300 290煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.18 0.18 0.18門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 29.5 29.6 29.6門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 29.4 29.4 29.525

表 5-4 汽 油 單 開 口 位 於 下 方 穩 態 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.018m 2 時 間 :200 秒 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 0.41 0.35 0.36熱 釋 放 率 (kW) 20 19 18地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 2.5 4.0 5.0天 花 板 溫 度 (℃) 250 250 300煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.18 0.13 0.05門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 29.5 18.1 4.3門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 29.4 18.0 4.25.2.1.2 通 風 因 子 對 發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響 ( 單 開 口 )當 油 盤 面 積 變 大 時 (0.028m 2 ), 燃 燒 產 生 煙 氣 較 多 , 輻 射 熱 回 饋 強 度 較 強 ,促 使 燃 料 燃 燒 速 率 提 高 而 使 火 勢 不 斷 擴 大 , 造 成 閃 燃 之 現 象 。 並 從 實 驗 觀 察 出 閃燃 發 生 後 , 燃 燒 情 形 會 產 生 激 烈 之 變 化 , 下 列 我 們 將 針 對 閃 燃 前 、 閃 燃 時 及 閃 燃後 ( 全 盛 期 ) 進 行 探 討 及 分 析 。(1) 通 風 因 子 對 閃 燃 前 燃 燒 之 影 響圖 5-12、 圖 5-13 為 汽 油 (0.028m 2 ) 之 熱 釋 放 率 圖 。 不 論 開 口 位 置 位 於 上 方 、下 方 或 是 開 放 空 間 , 在 0 到 40 秒 間 ( 成 長 期 前 期 ) 彼 此 熱 釋 放 率 成 長 情 形 皆 相同 , 因 為 燃 燒 初 期 空 間 內 氧 氣 充 足 且 煙 層 量 不 多 , 其 輻 射 熱 回 饋 也 不 多 , 與 未 發生 閃 燃 現 象 之 燃 燒 有 相 同 之 原 因 。 而 40 秒 至 閃 燃 時 這 段 期 間 ( 成 長 期 後 期 ), 門楣 則 扮 演 相 當 重 要 之 影 響 。 當 開 口 位 於 上 方 , 無 門 楣 阻 隔 , 煙 氣 容 易 排 出 無 法 累積 , 造 成 輻 射 熱 回 饋 強 度 較 弱 , 使 得 整 體 熱 釋 放 率 上 升 趨 勢 較 慢 ; 開 口 位 於 下 方 ,因 有 門 楣 阻 隔 , 煙 層 累 積 較 多 , 其 輻 射 熱 回 饋 強 度 較 强 , 整 體 熱 釋 放 率 上 升 趨 勢較 快 。從 天 花 板 溫 度 圖 ( 圖 5-14、 圖 5-15) 及 地 板 熱 通 量 圖 ( 圖 5-16、 圖 5-17)探 討 門 檻 及 門 楣 對 閃 燃 前 燃 燒 之 影 響 。 當 門 檻 越 高 時 , 會 阻 擋 冷 空 氣 對 燃 燒 產 生冷 卻 之 效 應 , 造 成 地 板 熱 通 量 較 高 之 情 況 。 但 對 上 半 部 開 口 煙 層 影 響 較 小 , 使 得天 花 板 溫 度 差 異 不 大 ; 而 門 楣 越 長 時 , 其 煙 層 累 積 量 更 多 , 造 成 輻 射 熱 回 饋 越 大 ,使 得 地 板 熱 通 量 及 天 花 板 溫 度 越 高 。26

圖 5-12 汽 油 單 開 口 實 驗 之 熱 釋 放 率 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )圖 5-13 汽 油 單 開 口 實 驗 之 熱 釋 放 率 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )27

圖 5-14 汽 油 單 開 口 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )圖 5-15 汽 油 單 開 口 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )28

圖 5-16 汽 油 單 開 口 實 驗 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )圖 5-17 汽 油 單 開 口 實 驗 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )29

(2) 通 風 因 子 對 閃 燃 時 燃 燒 之 影 響將 閃 燃 時 ( 火 焰 竄 出 門 口 ) 量 測 之 數 據 整 理 成 下 表 ( 表 5-5、 表 5-6)。 當開 口 位 於 上 方 , 閃 燃 時 因 累 積 於 天 花 板 下 方 煙 層 厚 度 相 同 , 所 以 天 花 板 溫 度 差 異不 大 , 且 因 門 檻 之 影 響 , 使 得 全 開 之 地 板 熱 通 量 較 低 , 但 整 體 熱 釋 放 率 差 不 多 。開 口 位 於 下 方 時 , 因 通 風 情 形 不 好 且 門 楣 阻 礙 , 使 得 閃 燃 發 生 較 慢 。 但 因 如此 , 其 累 積 煙 層 量 愈 多 , 對 燃 料 之 輻 射 熱 回 饋 越 強 也 越 久 , 造 成 閃 燃 時 之 天 花 板溫 度 、 地 板 熱 通 量 及 熱 釋 放 率 偏 高 。比 較 兩 者 閃 燃 時 間 指 出 , 在 成 長 期 後 期 侷 限 空 間 之 牆 、 天 花 板 開 始 影 響 火 勢成 長 , 若 開 口 位 於 上 方 時 , 通 風 情 況 良 好 ( 排 出 煙 氣 量 與 進 入 空 氣 量 較 多 ) 會 使得 閃 燃 現 象 較 快 發 生 。表 5-5 汽 油 單 開 口 位 於 上 方 閃 燃 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.028m 2 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )閃 燃 發 生 時 間 (s) 55 60 55燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 0.67 0.65 0.6熱 釋 放 率 (kW) 30 32 32地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 4.0 6.5 6.0天 花 板 溫 度 (℃) 200 220 190門 口 排 出 煙 層 厚 度 (m) 0.26 0.26 0.26門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 47.3 51.4 51.3門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 46.8 51.1 51.0表 5-6 汽 油 單 開 口 位 於 下 方 閃 燃 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.028m 2 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )閃 燃 發 生 時 間 (s) 55 86 110燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 0.67 0.98 1.2熱 釋 放 率 (kW) 30 56 56地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 4.0 17.0 19.0天 花 板 溫 度 (℃) 200 430 520門 口 排 出 煙 層 厚 度 (m) 0.26 0.14 0.11門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 47.3 20.1 13.6門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 46.8 20.0 13.530

(3) 通 風 因 子 對 閃 燃 後 燃 燒 之 影 響選 定 閃 燃 後 一 穩 態 期 之 實 驗 數 據 整 理 成 下 表 ( 表 5-7、 表 5-8)。 閃 燃 後 因火 勢 擴 大 , 造 成 排 出 門 口 之 煙 層 厚 度 增 加 , 經 由 計 算 之 排 出 煙 氣 量 與 以 及 進 入 空氣 量 也 會 提 高 。開 口 位 於 上 方 處 量 測 數 據 , 因 閃 燃 後 火 勢 擴 大 , 所 量 測 之 數 據 ( 燃 料 質 量 損失 率 、 熱 釋 放 率 、 地 板 熱 通 量 及 天 花 板 溫 度 ) 較 閃 燃 時 高 , 但 整 體 趨 勢 無 明 顯 變化 ; 而 開 口 位 於 下 方 處 量 測 數 據 顯 示 ,2/3 開 時 熱 釋 放 率 明 顯 高 於 全 開 與 1/2 開 。因 為 閃 燃 後 火 勢 由 燃 料 控 制 燃 燒 (Fuel Control) 轉 變 成 通 風 控 制 燃 燒 (VentilationControl), 通 風 效 應 影 響 變 大 , 在 2/3 開 時 雖 然 煙 層 厚 度 及 輻 射 熱 回 饋 強 度 不 如1/2 開 , 但 因 閃 燃 後 火 勢 擴 大 , 造 成 需 氧 量 激 增 , 開 口 較 大 因 通 風 較 好 反 而 提 高燃 燒 效 率 , 造 成 2/3 開 之 熱 釋 放 率 高 於 1/2 開 ; 開 口 全 開 雖 然 通 風 效 應 高 於 2/3開 , 但 因 煙 層 累 積 量 較 少 , 輻 射 熱 回 饋 低 , 造 成 全 開 之 熱 釋 放 率 低 於 2/3 開 。表 5-7 汽 油 單 開 口 位 於 上 方 穩 態 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.028m 2 時 間 :170 秒 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 1.01 1 0.98熱 釋 放 率 (kW) 55 55 56地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 7.5 16 20天 花 板 溫 度 (℃) 400 480 510門 口 排 出 煙 層 厚 度 (m) 0.3 0.31 0.3排 出 煙 氣 量 (g/s) 62.9 66.1 63.3進 入 空 氣 量 (g/s) 62.6 65.7 63.0表 5-8 汽 油 單 開 口 位 於 下 方 穩 態 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.028m 2 時 間 :170 秒 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 1.01 1.3 1.4熱 釋 放 率 (kW) 55 72 55地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 7.5 21 20天 花 板 溫 度 (℃) 400 550 550門 口 排 出 煙 層 厚 度 (m) 0.3 0.19 0.16排 出 煙 氣 量 (g/s) 62.9 31.8 23.9進 入 空 氣 量 (g/s) 62.6 31.7 23.731

5.2.2 異 丙 醇 單 開 口 實 驗將 異 丙 醇 單 開 口 實 驗 數 據 整 理 成 表 5-9。 油 盤 面 積 0.053m 2 有 閃 燃 現 象 發 生 ,而 油 盤 面 積 0.040m 2 則 無 閃 燃 發 生 。燃 料異 丙 醇油 盤 面 積(m2)表 5-9 異 丙 醇 單 開 口 實 驗 閃 燃 發 生 時 間開 口 大 小 及 位 置A H =0.186 A H =0.1 A H =0.066Fully open upper lower upper lower0.053 109 115 137 130 2120.040 - - - - --: 無 閃 燃 ( 火 焰 竄 出 門 口 ) 現 象 發 生5.2.2.1 風 因 子 對 未 發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響 ( 單 開 口 )(1) 熱 釋 放 率圖 5-18、 圖 5-19 為 異 丙 醇 (0.040m 2 ) 之 熱 釋 放 率 圖 。 比 較 2 圖 發 現 熱 釋 放率 皆 在 30 左 右 , 表 示 為 未 達 閃 燃 時 , 侷 限 與 非 侷 限 空 間 對 燃 燒 影 響 並 不 明 顯 ,且 侷 限 空 間 中 通 風 因 子 之 大 小 及 位 置 對 燃 燒 影 響 也 不 顯 著 。 其 原 因 與 先 前 汽 油 相同 。圖 5-18 異 丙 醇 單 開 口 實 驗 之 熱 釋 放 率 圖 ( 開 口 位 置 於 上 方 )32

圖 5-19 異 丙 醇 單 開 口 實 驗 之 熱 釋 放 率 圖 ( 開 口 位 置 於 下 方 )(2) 天 花 板 溫 度圖 5-20 為 異 丙 醇 (0.040m 2 ) 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 於 上 方 ), 全 開 、2/3開 及 1/2 開 溫 度 約 400℃, 差 異 不 大 。 因 侷 限 空 間 內 氧 氣 量 充 足 , 門 檻 高 度 不 會影 響 燃 燒 所 需 之 空 氣 量 , 加 上 累 積 煙 層 厚 度 相 近 , 造 成 彼 此 溫 度 差 異 不 大 , 其 原因 也 與 汽 油 相 同 。圖 5-21 為 異 丙 醇 (0.040m 2 ) 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 於 下 方 ),1/2 開 時 最高 溫 度 為 500℃ 左 右 , 比 全 開 及 2/3( 約 400℃) 來 得 高 。 因 1/2 開 時 門 楣 最 大 ,造 成 累 積 煙 層 量 越 多 其 輻 射 熱 回 饋 越 多 , 而 造 成 房 間 天 花 板 溫 度 最 高 ; 全 開 及2/3 因 門 楣 較 小 , 煙 層 輻 射 熱 回 饋 不 明 顯 , 造 成 其 溫 度 較 低 , 此 趨 勢 與 汽 油 相 同 。33

圖 5-20 異 丙 醇 單 開 口 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 置 於 上 方 )圖 5-21 異 丙 醇 單 開 口 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 置 於 下 方 )34

(3) 地 板 熱 通 量圖 5-22 為 異 丙 醇 (0.040m 2 ) 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 於 上 方 ), 全 開 、2/3開 及 1/2 開 三 者 地 板 熱 通 量 差 異 不 大 , 表 示 在 此 情 況 下 , 門 檻 無 明 顯 影 響 。 圖 4-19當 開 口 位 於 下 方 時 ,1/2 開 因 煙 層 量 多 其 輻 射 熱 回 饋 較 强 , 造 成 地 板 熱 通 量 最 高 。圖 5-22 異 丙 醇 單 開 口 實 驗 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 置 於 上 方 )圖 5-23 異 丙 醇 單 開 口 實 驗 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 置 於 下 方 )35

將 實 驗 量 測 數 據 整 理 成 表 5-10、 表 5-11。 當 開 口 位 於 上 方 時 , 全 開 、2/3 開及 1/2 開 排 出 煙 氣 量 與 進 入 空 氣 量 差 不 多 , 表 示 彼 此 通 風 情 況 差 不 多 。 因 無 門 楣效 應 , 使 得 彼 此 煙 層 量 差 不 多 , 輻 射 熱 回 饋 強 度 無 顯 著 差 異 , 造 成 天 花 板 溫 度 接近 之 情 形 ; 而 門 檻 高 度 造 成 不 同 冷 卻 效 應 , 在 此 影 響 較 不 顯 著 , 造 成 彼 此 地 板 熱通 量 相 近 ; 開 口 位 於 下 方 時 , 開 口 越 小 其 排 出 煙 氣 量 與 進 入 空 氣 量 較 少 , 表 示 通風 狀 況 較 不 良 好 , 但 較 長 的 門 楣 能 累 積 更 多 煙 氣 量 , 提 高 輻 射 熱 回 饋 , 造 成 其 天花 板 溫 度 及 地 板 熱 通 量 較 高 。雖 然 開 口 位 置 及 大 小 會 對 燃 燒 造 成 影 響 , 但 因 油 盤 較 小 , 其 燃 燒 需 氧 量 少 以及 煙 層 輻 射 效 果 較 不 顯 著 , 所 以 整 體 熱 釋 放 率 皆 在 30 kW 左 右 , 甚 至 與 開 放 空間 一 致 。 表 示 若 無 閃 燃 現 象 發 生 , 通 風 效 應 對 燃 燒 並 無 顯 著 之 影 響 。表 5-10 異 丙 醇 單 開 口 位 於 上 方 穩 態 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.040m 2 時 間 :400 秒 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 1.06 0.9 0.96熱 釋 放 率 (kW) 33 31 30地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 7.5 7.5 7.5天 花 板 溫 度 (℃) 400 390 395煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.18 0.18 0.17門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 29.2 29.3 26.8門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 29.1 29.2 26.6表 5-11 異 丙 醇 單 開 口 位 於 下 方 穩 態 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.040m 2 時 間 :400 秒 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 1.06 0.93 0.86熱 釋 放 率 (kW) 33 31 31地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 7.5 7.5 10天 花 板 溫 度 (℃) 400 405 450煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.18 0.1 0.07門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 29.2 12.1 7.1門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 29.1 12.0 7.036

5.2.2.2 通 風 因 子 對 發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響 ( 單 開 口 )(1) 通 風 因 子 對 閃 燃 前 燃 燒 之 影 響圖 5-24 為 異 丙 醇 (0.053m 2 ) 之 熱 釋 放 率 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )。 在 閃 燃 前 這段 時 間 (0 秒 到 150 秒 ), 全 開 、2/3 開 與 1/2 開 彼 此 熱 釋 放 率 成 長 情 形 相 近 , 甚至 與 開 放 空 間 相 同 , 當 開 口 位 於 下 方 ( 圖 5-25) 也 有 相 同 趨 勢 , 與 先 前 汽 油 閃 燃前 有 相 同 的 原 因 。圖 5-24 異 丙 醇 單 開 口 實 驗 之 熱 釋 放 率 圖 ( 開 口 位 置 於 上 方 )37

圖 5-25 異 丙 醇 單 開 口 實 驗 之 熱 釋 放 率 圖 ( 開 口 位 置 於 下 方 )從 天 花 板 溫 度 圖 探 討 門 楣 與 門 檻 對 閃 燃 前 (0 秒 到 150 秒 ) 燃 燒 之 影 響 。 發現 有 門 檻 之 開 口 溫 度 上 升 比 全 開 來 得 快 ( 圖 5-26), 因 為 門 檻 會 減 少 冷 空 氣 直 接對 燃 燒 造 成 冷 卻 的 機 會 ; 而 有 門 楣 之 開 口 上 升 溫 度 也 高 於 全 開 開 口 ( 圖 5-27),其 原 因 與 煙 層 熱 回 饋 有 關 。 而 地 板 熱 通 量 ( 圖 5-28、 圖 5-29) 之 趨 勢 與 原 因 也與 上 述 相 同 。圖 5-26 異 丙 醇 單 開 口 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 置 於 上 方 )38

圖 5-27 異 丙 醇 單 開 口 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 置 於 下 方 )圖 5-28 異 丙 醇 單 開 口 實 驗 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 置 於 上 方 )39

圖 5-29 異 丙 醇 單 開 口 實 驗 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 置 於 下 方 )(2) 通 風 因 子 對 閃 燃 時 燃 燒 之 影 響將 異 丙 醇 (0.053m 2 ) 閃 燃 時 實 驗 數 據 整 理 如 下 表 ( 表 5-12、 表 5-13)。 當 開口 位 於 上 方 , 通 風 良 好 且 無 門 楣 阻 擋 , 造 成 閃 燃 現 象 較 快 發 生 , 且 累 積 煙 氣 量 差不 多 , 使 得 天 花 板 溫 度 差 異 不 大 。 此 外 , 門 檻 能 阻 擋 冷 卻 效 應 , 使 得 1/2 開 地 板熱 通 量 較 高 ; 開 口 位 於 下 方 時 , 因 通 風 情 形 不 好 且 門 楣 阻 礙 , 使 得 閃 燃 發 生 較 慢 。但 因 如 此 , 其 累 積 煙 層 量 愈 多 , 對 燃 料 之 輻 射 熱 回 饋 越 強 也 越 久 , 造 成 閃 燃 時 之天 花 板 溫 度 、 地 板 熱 通 量 及 熱 釋 放 率 偏 高 。異 丙 醇 閃 燃 時 實 驗 數 據 相 比 與 汽 油 閃 燃 時 實 驗 數 據 相 比 , 有 相 同 趨 勢 。表 5-12 異 丙 醇 單 開 口 位 於 上 方 閃 燃 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.053m 2 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )閃 燃 時 間 (s) 109 115 130燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 1 0.9 1熱 釋 放 率 (kW) 40 40 40地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 5.0 5.0 8.5天 花 板 溫 度 (℃) 400 440 450煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.21 0.2 0.21門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 37.2 34.5 36.8門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 36.9 34.2 36.640

表 5-13 異 丙 醇 單 開 口 位 於 下 方 閃 燃 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.053m 2 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )閃 燃 時 間 (s) 109 137 212燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 1 1.31 1.42熱 釋 放 率 (kW) 40 45 75地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 5.0 12.2 21.0天 花 板 溫 度 (℃) 400 575 725煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.21 0.12 0.09門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 37.2 15.8 9.9門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 36.9 15.7 9.8(3) 通 風 因 子 對 閃 燃 後 燃 燒 之 影 響將 異 丙 醇 閃 燃 後 穩 態 之 實 驗 數 據 整 理 成 表 5-14、 表 5-15。 當 開 口 位 於 上 方時 , 全 開 、2/3 開 與 1/2 開 彼 此 通 風 量 差 不 多 。 但 通 風 因 子 縮 小 時 , 熱 量 容 易 累積 在 侷 限 空 間 中 , 造 成 2/3 及 1/2 開 之 熱 釋 放 率 、 天 花 板 溫 度 及 地 板 熱 通 量 會 高於 全 開 開 口 。開 口 位 於 下 方 時 , 通 風 量 趨 勢 與 之 前 相 同 。2/3 開 之 熱 釋 放 率 、 天 花 板 溫 度及 地 板 熱 通 量 高 於 1/2 開 與 全 開 , 因 為 2/3 開 時 雖 然 煙 層 厚 度 及 輻 射 熱 回 饋 強 度不 如 1/2 開 , 但 因 閃 燃 後 火 勢 擴 大 , 造 成 需 氧 量 激 增 , 開 口 較 大 因 通 風 較 好 反 而提 高 燃 燒 效 率 , 造 成 2/3 開 之 熱 釋 放 率 高 於 1/2 開 ; 開 口 全 開 雖 然 通 風 效 應 高 於2/3 開 , 但 因 煙 層 累 積 量 較 少 , 輻 射 熱 回 饋 低 , 造 成 全 開 之 熱 釋 放 率 低 於 2/3 開 。與 汽 油 相 比 , 開 口 位 於 上 方 時 , 汽 油 與 異 丙 醇 趨 勢 不 同 。 開 口 縮 小 時 會 影 響熱 量 累 積 於 侷 限 空 間 之 狀 況 , 而 不 同 燃 料 及 油 盤 大 小 所 受 之 影 響 也 不 相 同 , 異 丙醇 (0.053m 2 ) 雖 然 發 煙 量 比 汽 油 低 , 但 油 盤 面 積 遠 高 於 汽 油 (0.028m 2 ), 所 以當 開 口 變 小 時 , 異 丙 醇 影 響 會 高 於 汽 油 , 造 成 2/3 開 及 1/2 開 熱 釋 放 率 明 顯 大 於全 開 , 而 汽 油 全 開 、2/3 開 及 1/2 無 明 顯 差 別 ; 而 開 口 位 於 下 方 時 , 兩 者 趨 勢 相似 。 指 出 不 同 燃 料 及 油 盤 大 小 , 通 風 效 應 之 影 響 也 不 盡 相 同 。表 5-14 異 丙 醇 單 開 口 位 於 上 方 穩 態 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.053m 2 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )穩 態 時 間 (s) 500 360 350燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 2 2.06 2.34熱 釋 放 率 (kW) 150 225 235地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 32.5 65.0 64.0天 花 板 溫 度 (℃) 890 950 990煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.24 0.25 0.24門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 39.6 41.2 40.3門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 39.5 41.1 40.141

表 5-15 異 丙 醇 單 開 口 位 於 下 方 穩 態 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.053m 2 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )穩 態 時 間 (s) 500 350 400燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 2 2.61 2.75熱 釋 放 率 (kW) 150 195 150地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 32.5 50.0 40.0天 花 板 溫 度 (℃) 890 950 790煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.24 0.15 0.11門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 39.6 19.2 12.2門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 39.5 19.1 12.15.2.3 汽 油 前 後 雙 開 口 實 驗將 汽 油 前 後 雙 開 口 實 驗 數 據 整 理 成 表 5-16。 在 油 盤 面 積 0.028m 2 中 , 全 開 、2/3 開 上 及 1/2 開 上 有 閃 燃 現 象 發 生 ,2/3 開 下 及 1/2 開 下 則 無 閃 燃 發 生 , 而 油 盤為 0.018m 2 無 閃 燃 發 生 。表 5-16 汽 油 前 後 雙 開 口 實 驗 閃 燃 發 生 時 間燃 料油 盤 面 積(m2)開 口 大 小 及 位 置A H =0.186 A H =0.1 A H =0.066Fully open upper lower upper lower汽 油0.028 128 145 - 130 -0.018 - - - - --: 無 閃 燃 ( 火 焰 竄 出 門 口 ) 現 象 發 生42

5.2.3.1 因 子 對 發 生 未 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響 ( 前 後 雙 開 口 )(1) 熱 釋 放 率圖 5-30、 圖 5-31 為 汽 油 (0.018m 2 ) 之 熱 釋 放 率 圖 。 從 2 圖 發 現 熱 釋 放 率 皆在 20 kW, 與 單 開 口 通 風 形 式 相 同 ( 圖 5-6、 圖 5-7), 表 示 無 閃 燃 發 生 情 況 , 通風 因 子 對 熱 釋 放 率 影 響 並 不 大 , 其 原 因 與 單 開 口 汽 油 實 驗 相 同 。圖 5-30 汽 油 前 後 雙 開 口 實 驗 之 熱 釋 放 率 圖 ( 開 口 位 於 上 方 ) 開 口圖 5-31 汽 油 前 後 雙 開 口 實 驗 之 熱 釋 放 率 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )43

(2) 天 花 板 溫 度 圖圖 5-32 為 汽 油 油 盤 面 積 為 0.018m 2 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 於 上 方 ), 溫 度範 圍 在 200℃ 左 右 , 因 侷 限 空 間 內 氧 氣 量 充 足 , 門 檻 高 度 對 燃 燒 需 氧 量 影 響 不 大 ,且 累 積 煙 層 厚 度 相 近 , 故 彼 此 溫 度 相 差 不 多 。圖 5-33 當 開 口 位 於 下 方 時 , 因 門 楣 高 度 不 同 造 成 煙 層 累 積 厚 度 不 同 , 造 成1/2 開 時 溫 度 最 高 ,2/3 次 之 , 全 開 最 低 之 情 形 。與 單 開 口 汽 油 實 驗 ( 圖 5-8、 圖 5-9) 相 比 , 有 相 同 的 原 因 及 趨 勢 。圖 5-32 汽 油 前 後 雙 開 口 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )44

圖 5-33 汽 油 前 後 雙 開 口 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )(3) 地 板 熱 通 量圖 5-34 汽 油 油 盤 面 積 為 0.018m 2 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 於 上 方 ), 發 現 全開 、2/3 開 及 1/2 地 板 熱 通 量 皆 在 2.5 kW/m 2 左 右 , 與 單 開 口 全 開 之 地 板 熱 通 量 相近 ( 圖 5-10), 表 示 前 後 開 口 冷 空 氣 進 入 量 較 多 , 冷 卻 效 應 較 強 , 門 檻 阻 隔 功 用不 大 , 使 得 前 後 開 口 之 地 板 熱 通 量 較 低 且 ㄧ 致 。開 口 位 於 下 方 時 , 則 因 為 輻 射 熱 回 饋 緣 故 , 而 造 成 1/2 開 時 最 高 ,2/3 次 之 ,全 開 最 低 之 情 形 ( 圖 5-35), 與 單 開 口 汽 油 實 驗 有 相 同 原 因 及 結 果 ( 圖 5-11)。45

圖 5-34 汽 油 前 後 雙 開 口 實 驗 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )圖 5-35 汽 油 前 後 雙 開 口 實 驗 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )46

將 穩 態 (200 秒 ) 實 驗 數 據 整 理 成 表 5-17、 表 5-18, 並 計 算 出 前 方 開 口 之 排出 煙 氣 量 及 進 入 空 氣 量 。當 開 口 位 於 上 方 , 全 開 、2/3 開 及 1/2 時 , 排 出 煙 氣 量 及 進 入 空 氣 量 差 不 多 ,而 從 地 板 熱 通 量 及 天 花 板 溫 度 發 現 彼 此 間 差 異 也 不 大 , 表 示 前 後 開 口 的 門 檻 效 應影 響 並 不 大 ; 開 口 位 於 下 方 時 , 通 風 量 也 有 全 開 最 高 、2/3 次 之 、1/2 最 低 之 趨 勢 ,且 隨 著 門 楣 高 度 越 高 , 輻 射 熱 回 饋 越 強 , 造 成 1/2 之 地 板 熱 通 量 及 天 花 板 溫 度 最高 、2/3 次 之 、 全 開 最 低 之 趨 勢 。 而 整 體 熱 釋 放 率 在 17 kW 至 19kW 之 間 , 差 異不 大 , 表 示 若 無 閃 燃 現 象 發 生 , 通 風 效 應 對 燃 燒 並 無 顯 著 影 響 。與 單 開 口 汽 油 實 驗 相 比 , 雙 開 口 通 風 量 約 為 單 開 口 2 倍 , 而 從 單 開 口 汽 油 實驗 得 之 , 在 0.018 m 2 油 盤 中 , 侷 限 空 間 內 燃 燒 需 氧 量 充 足 , 故 通 風 量 對 燃 燒 效 率影 響 並 不 大 , 反 而 雙 開 口 之 冷 卻 效 應 高 於 單 開 口 , 造 成 雙 開 口 汽 油 實 驗 之 熱 釋 放率 及 溫 度 略 低 於 單 開 口 汽 油 實 驗 。表 5-17 汽 油 前 後 雙 開 口 位 於 上 方 穩 態 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.018m 2 時 間 :200 秒 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 0.38 0.35 0.36熱 釋 放 率 (kW) 18 18 19地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 2.5 2.5 2.5天 花 板 溫 度 (℃) 210 210 210煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.18 0.18 0.17門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 59.1 58.2 59.2門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 58.7 57.6 58.8表 5-18 汽 油 前 後 雙 開 口 位 於 下 方 穩 態 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.018m 2 時 間 :200 秒 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 0.38 0.35 0.34熱 釋 放 率 (kW) 18 19 17地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 2.5 3.0 5.0天 花 板 溫 度 (℃) 210 220 290煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.18 0.1 0.05門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 59.1 36.4 8.5門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 58.7 36.0 8.447

5.2.3.2 通 風 因 子 對 發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響 ( 前 後 雙 開 口 )(1) 通 風 因 子 對 閃 燃 前 燃 燒 之 影 響圖 5-35、 圖 5-37 為 汽 油 (0.028m 2 ) 之 熱 釋 放 率 圖 。 在 燃 燒 初 期 因 氧 氣 充 足且 輻 射 熱 回 饋 不 明 顯 , 造 成 開 口 上 、 下 方 在 0 秒 至 40 秒 內 熱 釋 放 率 成 長 情 形 差不 多 。 而 40 秒 至 閃 燃 這 段 期 間 , 由 於 門 楣 效 應 之 影 響 , 使 得 開 口 位 於 下 方 之 熱釋 放 率 上 升 趨 勢 較 快 。圖 5-36 汽 油 前 後 雙 開 口 實 驗 之 熱 釋 放 率 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )圖 5-37 汽 油 前 後 雙 開 口 實 驗 之 熱 釋 放 率 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )48

當 開 口 位 於 上 方 時 , 門 檻 高 度 對 天 花 板 溫 度 影 響 不 大 , 其 原 因 與 上 述 熱 釋 放率 相 同 ( 圖 5-38); 當 開 口 位 於 下 方 時 , 因 門 楣 效 應 造 成 不 同 強 度 輻 射 熱 回 饋 ,使 得 1/2 溫 度 成 長 較 快 、2/3 次 之 、 全 開 最 慢 之 情 形 ( 圖 5-39)。 而 地 板 熱 通 量 也有 相 同 之 趨 勢 ( 圖 5-40、 圖 5-41)。圖 5-38 汽 油 前 後 雙 開 口 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )圖 5-39 汽 油 前 後 雙 開 口 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )49

圖 5-40 汽 油 前 後 雙 開 口 實 驗 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )圖 5-41 汽 油 前 後 雙 開 口 實 驗 之 地 板 熱 量 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )50

(2) 通 風 因 子 對 閃 燃 時 燃 燒 之 影 響表 5-19 為 開 口 位 於 上 方 閃 燃 時 之 數 據 。 因 無 門 楣 阻 隔 且 煙 層 累 積 情 形 相 似 ,造 成 閃 燃 發 生 時 間 、 熱 釋 放 率 、 地 板 熱 通 量 及 天 花 板 溫 度 並 無 顯 著 差 異 , 且 彼 此通 風 量 也 相 同 。與 單 開 口 汽 油 實 驗 相 較 ( 表 5-5), 前 後 開 口 因 煙 層 不 易 累 積 , 使 得 輻 射 熱 回饋 較 小 且 熱 能 不 易 蓄 積 在 侷 限 空 間 內 , 所 以 需 要 較 久 時 間 才 能 達 到 閃 燃 ( 火 焰 竄出 門 口 )。 但 因 達 閃 燃 所 需 時 間 較 久 , 燃 燒 時 間 較 長 , 造 成 其 燃 料 質 量 損 失 率 、熱 釋 放 率 、 地 板 熱 通 量 及 天 花 板 溫 度 比 單 開 口 來 得 高 。當 開 口 位 於 下 方 時 , 因 通 風 情 況 比 單 開 良 好 , 造 成 使 得 輻 射 熱 少 且 熱 量 不 易累 積 , 再 加 上 門 楣 的 阻 擋 , 造 成 無 閃 燃 現 象 發 生 。表 5-19 汽 油 前 後 雙 開 口 位 於 上 方 閃 燃 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.028m 2 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )閃 燃 發 生 時 間 (s) 128 145 130燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 0.9 0.83 0.8熱 釋 放 率 (kW) 38 38 35地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 5.0 6.0 7.5天 花 板 溫 度 (℃) 330 320 315門 口 排 出 煙 層 厚 度 (m) 0.22 0.23 0.22門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 79.9 85.4 79.8門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 79.5 85.0 79.651

(3) 通 風 因 子 對 閃 燃 後 燃 燒 之 影 響將 閃 燃 後 穩 定 期 實 驗 數 據 整 理 成 下 表 ( 表 5-20、 表 5-21)。 開 口 位 於 上 方 時 ,因 閃 燃 後 火 勢 擴 大 , 造 成 熱 釋 放 率 有 較 高 之 情 況 , 但 整 體 趨 勢 與 閃 燃 時 差 不 多 ;開 口 位 於 下 方 時 , 通 風 量 亦 有 全 開 最 高 、2/3 開 次 之 、1/2 最 低 之 趨 勢 , 且 隨 著 門楣 越 高 , 輻 射 熱 回 饋 越 強 , 使 得 1/2 之 實 驗 數 據 最 高 、2/3 次 之 、 全 開 最 低 之 情形 。開 口 位 於 上 方 時 , 單 開 口 汽 油 實 驗 ( 表 5-7) 與 雙 開 口 汽 油 實 驗 之 熱 釋 放 率與 質 量 損 失 率 相 近 , 且 2 者 全 開 、2/3 開 及 1/2 開 熱 釋 放 率 與 質 量 損 失 率 也 差 異不 大 , 表 示 2 者 燃 燒 效 率 差 不 多 。 但 雙 開 口 汽 油 實 驗 通 風 量 較 高 , 伴 隨 之 冷 卻 效應 較 強 , 使 得 天 花 板 溫 度 及 地 板 熱 通 量 低 於 單 開 口 汽 油 。 代 表 此 油 盤 開 口 若 位 於上 方 , 其 通 風 條 件 足 以 使 之 接 近 完 全 燃 燒 , 造 成 熱 釋 放 率 相 近 之 情 況 , 故 雙 開 口對 其 燃 燒 效 率 影 響 不 大 , 反 而 造 成 通 風 量 較 多 , 冷 卻 效 應 較 強 之 情 形 。而 開 口 位 於 下 方 時 , 單 開 口 汽 油 2/3 開 ( 表 5-8) 之 熱 釋 放 率 與 質 量 損 失 率 高於 雙 開 口 汽 油 2/3 開 , 表 示 此 情 形 煙 層 輻 射 熱 回 饋 對 燃 燒 效 率 之 影 響 高 於 通 風 效應 對 燃 燒 效 率 之 影 響 。 但 若 將 開 口 縮 小 成 1/2 開 時 , 因 通 風 量 不 足 , 造 成 通 風 效應 對 燃 燒 效 率 影 響 提 高 , 造 成 雙 開 口 汽 油 1/2 開 高 於 單 開 口 汽 油 1/2 開 。 指 出 開口 雖 然 皆 位 於 下 方 , 其 不 同 開 口 大 小 也 會 影 響 煙 層 輻 射 熱 回 饋 與 通 風 效 應 對 燃 燒效 率 之 比 重 。表 5-20 汽 油 前 後 雙 開 口 位 於 上 方 穩 態 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.028m 2 時 間 :170 秒 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 1.01 1.02 1.03熱 釋 放 率 (kW) 45 40 42地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 6.0 7.0 7.5天 花 板 溫 度 (℃) 350 350 350門 口 排 出 煙 層 厚 度 (m) 0.25 0.26 0.25門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 96.8 102.6 96.8門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 96.3 102.2 96.3表 5-21 汽 油 前 後 雙 開 口 位 於 下 方 穩 態 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.028m 2 時 間 :170 秒 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 1.01 1.09 1.59熱 釋 放 率 (kW) 45 52 82地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 6.0 15.0 32.5天 花 板 溫 度 (℃) 350 500 700門 口 排 出 煙 層 厚 度 (m) 0.25 0.15 0.14門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 96.8 53.6 38.0門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 96.3 53.3 37.852

5.2.4 異 丙 醇 前 後 雙 開 口 實 驗將 異 丙 醇 前 後 雙 開 口 實 驗 數 據 整 理 成 表 5-22。 在 油 盤 面 積 0.053m 2 有 閃 燃 現象 發 生 , 而 油 盤 面 積 0.040m 2 則 無 閃 燃 發 生 。燃 料異 丙 醇油 盤 面 積(m2)表 5-22 異 丙 醇 前 後 雙 開 口 實 驗 閃 燃 發 生 時 間開 口 大 小 及 位 置A H =0.186 A H =0.1 A H =0.066Fully open upper lower upper lower0.053 141 120 120 131 1800.040 - - - - --: 無 閃 燃 ( 火 焰 竄 出 門 口 ) 現 象 發 生5.2.4.1 通 風 因 子 對 未 發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響 ( 前 後 雙 開 口 )(1) 熱 釋 放 率圖 5-42、 圖 5-43 為 異 丙 醇 (0.040m 2 ) 之 熱 釋 放 率 圖 。 由 圖 得 之 , 不 論 開 口位 於 上 方 或 下 方 , 或 是 開 口 大 小 不 同 , 熱 釋 放 率 皆 在 30 kW 左 右 , 與 單 開 口 ( 圖5-18、 圖 5-19) 熱 釋 放 率 差 不 多 , 表 示 未 發 生 閃 燃 現 象 時 , 開 口 數 目 對 燃 燒 影 響並 不 大 。 其 原 因 與 先 前 提 到 之 充 足 氧 氣 量 及 較 弱 之 輻 射 熱 回 饋 有 關 。53

圖 5-42 異 丙 醇 前 後 雙 開 口 實 驗 之 熱 釋 放 率 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )圖 5-43 異 丙 醇 前 後 雙 開 口 實 驗 之 熱 釋 放 率 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )54

(2) 天 花 板 溫 度從 圖 5-44 得 之 開 口 位 於 上 方 時 , 全 開 、2/3 開 及 1/2 開 溫 度 介 於 250℃ 至 300℃ 之 間 , 與 單 開 口 差 不 多 ( 圖 5-20), 代 表 前 後 開 口 之 門 檻 對 天 花 板 溫 度 影 響 不大 , 原 因 與 單 開 口 異 丙 醇 實 驗 一 樣 。當 開 口 位 於 下 方 時 ( 圖 5-45), 因 不 同 門 楣 高 度 造 成 不 同 之 輻 射 熱 回 饋 , 而有 1/2 開 最 高 、2/3 次 之 及 全 開 最 低 之 情 況 , 與 單 開 口 異 丙 醇 實 驗 有 相 同 趨 勢 ( 圖5-21)。圖 5-44 異 丙 醇 前 後 雙 開 口 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )55

圖 5-45 異 丙 醇 前 後 雙 開 口 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )(3) 地 板 熱 通 量開 口 位 於 上 方 之 地 板 熱 通 量 皆 在 2.5kW/m 2 左 右 , 表 示 油 盤 過 小 無 閃 燃 現 象發 生 時 , 有 充 足 之 氧 氣 , 加 上 相 近 之 煙 層 厚 度 , 造 成 相 同 之 輻 射 強 度 , 而 使 得 3者 地 板 熱 通 量 相 似 ( 圖 5-46)。 因 為 前 後 雙 開 口 冷 卻 情 況 較 强 , 使 其 地 板 熱 通 量低 於 單 開 口 之 情 況 ( 圖 5-22)。圖 5-46 異 丙 醇 前 後 雙 開 口 實 驗 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )56

圖 5-47 異 丙 醇 前 後 雙 開 口 實 驗 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )將 前 後 雙 開 口 之 實 驗 數 據 整 理 成 表 5-23、 表 5-24。 當 開 口 位 於 上 方 時 ,3 者排 出 煙 氣 量 與 進 入 空 氣 量 差 不 多 , 且 門 檻 對 天 花 板 溫 度 及 地 板 熱 通 量 影 響 不 大 ;當 開 口 位 於 下 方 , 其 通 風 量 、 天 花 板 溫 度 及 地 板 熱 通 量 也 與 先 前 有 相 同 之 原 因 及趨 勢 。 整 體 而 言 , 從 相 同 熱 釋 放 率 可 看 出 無 閃 燃 現 象 發 生 , 通 風 效 應 對 燃 燒 並 無顯 著 之 影 響 。因 為 單 開 口 異 丙 醇 燃 燒 需 氧 量 充 足 , 故 雙 開 口 對 其 燃 燒 效 率 影 響 不 大 , 但 會造 成 較 強 之 冷 卻 效 果 , 造 成 熱 釋 放 率 2 者 相 近 及 雙 開 口 汽 油 之 天 花 板 溫 度 及 地 板熱 通 量 較 低 之 情 形 。表 5-23 異 丙 醇 前 後 雙 開 口 位 於 上 方 穩 態 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.040m 2 時 間 :400 秒 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 0.9 0.87 0.88熱 釋 放 率 (kW) 32 30 30地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 3.0 4.0 4.0天 花 板 溫 度 (℃) 300 300 310煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.15 0.14 0.14門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 45.0 40.6 40.5門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 44.5 40.3 40.257

表 5-24 異 丙 醇 前 後 雙 開 口 位 於 上 方 穩 態 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.040m 2 時 間 :400 秒 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 0.9 0.95 0.88熱 釋 放 率 (kW) 31 30 30地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 4 5 10天 花 板 溫 度 (℃) 300 350 450煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.15 0.09 0.08門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 45.0 20.9 17.9門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 44.7 20.7 17.25.2.4.2 風 因 子 對 發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響 ( 前 後 雙 開 口 )(1) 通 風 因 子 對 閃 燃 前 燃 燒 之 影 響圖 5-48、 圖 5-49 異 丙 醇 (0.053m 2 ) 之 熱 釋 放 率 圖 。 在 開 口 位 於 上 方 及 下 方時 ,0 到 80 秒 間 熱 釋 放 率 成 長 情 形 相 似 , 其 原 因 為 燃 燒 初 期 有 充 足 氧 氣 量 及 較弱 之 輻 射 熱 回 饋 有 關 。 而 80 秒 至 閃 燃 前 這 段 時 間 , 侷 限 空 間 之 天 花 板 及 牆 面 開始 造 成 影 響 。圖 5-49 異 丙 醇 前 後 雙 開 口 實 驗 之 熱 釋 放 率 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )58

圖 5-50 異 丙 醇 前 後 雙 開 口 實 驗 之 熱 釋 放 率 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )從 圖 5-50 之 天 花 板 溫 度 圖 也 可 看 出 , 在 閃 燃 前 (0 到 80 秒 ) 這 段 時 間 , 2/3開 與 1/2 開 之 溫 度 成 長 趨 勢 有 高 於 全 開 之 趨 勢 , 因 為 門 檻 會 減 少 冷 空 氣 直 接 對 燃燒 造 成 冷 卻 的 機 會 。 與 單 開 口 相 比 ( 圖 5-26), 因 為 雙 開 口 進 入 空 氣 量 越 較 多 ,造 成 冷 卻 效 應 較 强 , 造 成 閃 燃 前 前 後 開 口 之 溫 度 成 長 較 緩 慢 。當 開 口 位 於 下 方 ( 圖 5-51) 因 不 同 強 度 之 輻 射 熱 回 饋 , 而 有 1/2 開 最 高 、2/3開 次 之 及 全 開 最 低 之 情 況 , 與 單 開 口 異 丙 醇 實 驗 有 相 同 之 趨 勢 , 但 因 冷 卻 效 應 較強 , 使 得 溫 度 成 長 較 緩 慢 。從 圖 5-52、 圖 5-53 之 地 板 熱 通 量 圖 與 天 花 板 溫 度 趨 勢 相 同 。59

圖 5-50 異 丙 醇 前 後 雙 開 口 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )圖 5-51 異 丙 醇 前 後 雙 開 口 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )60

圖 5-52 異 丙 醇 前 後 雙 開 口 實 驗 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )圖 5-53 異 丙 醇 前 後 雙 開 口 實 驗 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )61

(2) 通 風 因 子 對 閃 燃 時 燃 燒 之 影 響將 異 丙 醇 (0.053m 2 ) 閃 燃 時 實 驗 數 據 整 理 如 下 表 ( 表 5-25、 表 5-26)。 當 開口 位 於 上 方 時 , 三 者 閃 燃 發 生 時 間 、 熱 釋 放 率 、 地 板 熱 通 量 、 天 花 板 溫 度 及 通 風量 差 異 不 大 , 其 原 因 與 無 門 楣 效 應 有 關 。當 開 口 位 於 下 方 時 , 因 通 風 不 好 加 上 門 楣 阻 擋 , 與 上 方 開 口 相 比 , 使 得 閃 燃現 象 較 晚 發 生 。 因 門 楣 關 係 造 成 不 同 輻 射 熱 回 饋 , 造 成 1/2 開 實 驗 數 據 最 高 、2/3開 次 之 及 全 開 最 低 之 情 況 。 與 單 開 口 相 比 ( 表 5-13), 因 熱 量 不 易 累 積 , 造 成 閃燃 發 生 時 間 較 晚 , 但 燃 燒 時 間 較 長 使 得 量 測 實 驗 數 據 較 高 。表 5-25 異 丙 醇 前 後 雙 開 口 位 於 上 方 閃 燃 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.053m 2 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )閃 燃 發 生 時 間 (s) 121 120 131燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 1.12 1.23 1.29熱 釋 放 率 (kW) 40 41 41地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 6.0 7.0 9.0天 花 板 溫 度 (℃) 310 400 400煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.18 0.18 0.19門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 59.2 58.8 63.8門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 58.8 58.3 63.3表 5-26 異 丙 醇 前 後 雙 開 口 位 於 下 方 閃 燃 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.053m 2 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )閃 燃 發 生 時 間 (s) 141 180 210燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 1.12 1.57 1.6熱 釋 放 率 (kW) 40 75 110地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 6.0 17.5 35.0天 花 板 溫 度 (℃) 310 510 720煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.18 0.09 0.07門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 59.2 20.8 13.9門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 58.8 20.7 13.862

(3) 通 風 因 子 對 閃 燃 後 燃 燒 之 影 響將 異 丙 醇 閃 燃 後 穩 態 之 實 驗 數 據 整 理 成 表 5-27、 表 5-28。 開 口 位 於 上 方 時 ,彼 此 通 風 量 無 明 顯 差 異 。 但 通 風 因 子 縮 小 時 , 熱 量 容 易 累 積 在 侷 限 空 間 中 , 造 成2/3 及 1/2 開 之 熱 釋 放 率 、 天 花 板 溫 度 及 地 板 熱 通 量 會 高 於 全 開 開 口 。 從 輻 射 熱回 饋 角 度 來 看 , 全 開 、2/3 開 及 1/2 開 3 者 煙 層 高 度 差 不 多 , 表 示 彼 此 間 輻 射 熱回 饋 強 度 相 似 , 理 論 上 通 風 量 越 大 燃 燒 效 率 應 越 好 , 但 實 驗 結 果 卻 相 反 。 而 先 前所 提 之 冷 卻 效 應 , 對 於 大 油 盤 影 響 並 不 大 , 表 示 通 風 因 子 除 了 影 響 煙 層 輻 射 熱 、燃 燒 效 率 及 冷 卻 效 應 外 , 還 會 影 響 熱 量 累 積 之 情 形 , 且 影 響 甚 大 。 與 單 開 口 異 丙醇 實 驗 相 比 ( 表 5-14) 有 相 同 趨 勢 。 且 開 口 位 於 上 方 時 , 通 風 良 好 , 故 雙 開 口 之通 風 量 對 燃 燒 效 率 影 響 不 大 , 造 成 單 開 口 丙 醇 實 驗 與 前 後 雙 開 口 丙 醇 實 驗 之 數 據相 近 。當 開 口 位 於 下 方 , 通 風 量 與 先 前 有 相 同 之 趨 勢 。2/3 開 之 熱 釋 放 率 、 天 花 板溫 度 及 地 板 熱 通 量 高 於 1/2 開 與 全 開 , 與 單 開 口 有 相 同 原 因 及 趨 勢 。 而 2/3 開 及1/2 開 因 開 口 較 小 , 加 上 本 身 油 盤 較 大 且 為 通 風 控 制 燃 燒 , 需 氧 量 大 增 , 造 成 前後 雙 開 口 實 驗 數 據 高 於 單 開 口 。表 5-27 異 丙 醇 前 後 雙 開 口 位 於 上 方 穩 態 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.053m 2 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )穩 態 時 間 (s) 550 360 400燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 2.19 2.58 2.76熱 釋 放 率 (kW) 150 215 230地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 25.0 60.0 70.0天 花 板 溫 度 (℃) 700 930 930煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.19 0.2 0.19門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 60.0 60.1 54.3門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 58.6 59.9 54.2表 5-28 異 丙 醇 前 後 雙 開 口 位 於 下 方 穩 態 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.053m 2 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )穩 態 時 間 (s) 550 350 350燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 2.19 3.25 2.57熱 釋 放 率 (kW) 150 240 195地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 25 70 55天 花 板 溫 度 (℃) 700 990 820煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.19 0.13 0.08門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 60.0 32.6 14.9門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 58.6 32.4 14.863

5.2.5 油 前 側 雙 開 口 實 驗將 汽 油 前 側 雙 開 口 實 驗 數 據 整 理 成 表 5-29。 在 油 盤 面 積 0.028m 2 中 , 全 開 、2/3 開 上 及 1/2 開 上 有 閃 燃 現 象 發 生 ,2/3 開 下 及 1/2 開 下 則 無 閃 燃 發 生 , 而 油 盤為 0.018m 2 無 閃 燃 發 生 。燃 料汽 油油 盤 面 積(m2)表 5-29 汽 油 前 側 雙 開 口 實 驗 閃 燃 發 生 時 間開 口 大 小 及 位 置A H =0.186 A H =0.1 A H =0.066Fully open upper lower upper lower0.028 118 129 - 130 -0.018 - - - - --: 無 閃 燃 ( 火 焰 竄 出 門 口 ) 現 象 發 生5.2.5.1 子 對 未 發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響 ( 前 側 雙 開 口 )(1) 熱 釋 放 率圖 5-54、 圖 5-55 為 汽 油 (0.018m 2 ) 之 熱 釋 放 率 圖 。 熱 釋 放 率 範 圍 在 16-20 kW左 右 , 與 單 開 口 汽 油 實 驗 和 前 後 雙 開 口 汽 油 實 驗 有 相 近 的 熱 釋 放 率 , 再 度 指 出 ,無 閃 燃 發 生 情 況 下 , 通 風 因 子 對 熱 釋 放 率 影 響 並 不 大 。圖 5-54 汽 油 前 側 雙 開 口 實 驗 之 熱 釋 放 率 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )64

圖 5-55 汽 油 前 側 雙 開 口 實 驗 之 熱 釋 放 率 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )(2) 天 花 板 溫 度 圖5-56 為 汽 油 油 盤 面 積 為 0.018m 2 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 於 上 方 ), 溫 度 範圍 在 200℃ 左 右 , 彼 此 溫 度 差 不 多 。 其 原 因 為 侷 限 空 間 內 氧 氣 量 充 足 , 門 檻 高 度對 燃 燒 需 氧 量 影 響 不 大 , 且 累 積 煙 層 厚 度 相 近 , 故 有 此 趨 勢 。 圖 5-57 當 開 口 位於 下 方 時 , 因 門 楣 高 度 不 同 造 成 煙 層 累 積 厚 度 不 同 , 造 成 1/2 開 時 溫 度 最 高 ,2/3次 之 , 全 開 最 低 之 情 形 。圖 5-56 汽 油 前 側 雙 開 口 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )65

圖 5-57 汽 油 前 側 雙 開 口 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )(3) 地 板 熱 通 量圖 5-58 汽 油 油 盤 面 積 為 0.018m 2 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 於 上 方 ), 發 現 全開 、2/3 開 及 1/2 地 板 熱 通 量 範 圍 在 2-2.5 kW/m 2 左 右 , 與 單 開 口 全 開 之 地 板 熱 通量 相 近 , 表 示 前 側 開 口 冷 空 氣 進 入 量 較 多 , 冷 卻 效 應 較 強 , 使 得 前 側 開 口 之 地 板熱 通 量 較 低 且 ㄧ 致 , 與 前 後 雙 開 口 汽 油 實 驗 有 相 同 趨 勢 。開 口 位 於 下 方 時 , 則 因 為 輻 射 熱 回 饋 緣 故 , 而 造 成 1/2 開 時 最 高 ,2/3 次 之 ,全 開 最 低 之 情 形 ( 圖 5-59), 與 汽 油 單 開 口 實 驗 及 汽 油 前 後 雙 開 口 實 驗 有 相 同 原因 及 結 果 。66

圖 5-58 汽 油 前 側 雙 開 口 實 驗 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )圖 5-59 汽 油 前 側 雙 開 口 實 驗 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )67

將 實 驗 數 據 整 理 成 表 5-30、 表 5-31, 並 計 算 出 前 方 開 口 之 排 出 煙 氣 量 及 進入 空 氣 量 。當 開 口 位 於 上 方 , 全 開 、2/3 開 及 1/2 彼 此 排 出 煙 氣 量 及 進 入 空 氣 量 差 不 多 ,而 從 地 板 熱 通 量 及 天 花 板 溫 度 發 現 彼 此 間 差 異 也 不 大 , 表 示 前 側 開 口 的 門 檻 效 應影 響 並 不 大 ; 開 口 位 於 下 方 時 , 通 風 量 也 有 全 開 最 高 、2/3 次 之 、1/2 最 低 之 趨 勢 ,且 隨 著 門 楣 高 度 越 高 , 輻 射 熱 回 饋 越 強 , 造 成 1/2 之 地 板 熱 通 量 及 天 花 板 溫 度 最高 、2/3 次 之 、 全 開 最 低 之 趨 勢 。 而 整 體 熱 釋 放 率 在 18kW 至 19kW 之 間 , 差 異不 大 , 表 示 若 無 閃 燃 現 象 發 生 , 通 風 效 應 對 燃 燒 並 無 顯 著 影 響 。與 前 後 雙 開 口 汽 油 相 比 , 不 論 開 口 位 於 上 方 或 下 方 , 熱 釋 放 率 、 地 板 熱 通 量 、天 花 板 溫 度 及 通 風 量 差 異 不 大 , 表 示 雙 開 口 之 位 置 對 未 發 生 閃 燃 之 油 盤 影 響 不大 。表 5-30 汽 油 前 側 雙 開 口 位 於 上 方 穩 態 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.018m 2 時 間 :170 秒 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 0.33 0.35 0.32熱 釋 放 率 (kW) 18 19 19地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 2.0 2.5 2.5天 花 板 溫 度 (℃) 200 210 190煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.18 0.18 0.19門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 56.8 57.9 60.6門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 56.5 57.6 60.4表 5-31 汽 油 前 側 雙 開 口 位 於 下 方 穩 態 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.018m 2 時 間 :170 秒 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 0.33 0.36 0.27熱 釋 放 率 (kW) 19 18 19地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 2.0 4.0 5.0天 花 板 溫 度 (℃) 200 250 320煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.2 0.11 0.05門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 56.8 36.8 8.3門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 56.5 36.7 8.268

5.2.5.2 通 風 因 子 對 發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響 ( 前 側 雙 開 口 )(1) 通 風 因 子 對 閃 燃 前 燃 燒 之 影 響圖 5-60、 圖 5-61 為 汽 油 (0.028m 2 ) 之 熱 釋 放 率 圖 。 在 燃 燒 初 期 因 氧 氣 充 足且 輻 射 熱 回 饋 不 明 顯 , 造 成 開 口 上 、 下 方 在 0 秒 至 40 秒 內 熱 釋 放 率 成 長 情 形 差不 多 。圖 5-60 汽 油 前 側 雙 開 口 實 驗 之 熱 釋 放 率 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )圖 5-61 汽 油 前 側 雙 開 口 實 驗 之 熱 釋 放 率 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )69

從 天 花 板 溫 度 圖 及 地 板 熱 通 量 圖 指 出 , 閃 燃 前 門 檻 效 應 對 天 花 板 溫 度 ( 圖6-62) 及 地 板 熱 通 量 ( 圖 5-64) 影 響 並 不 大 , 其 原 因 與 先 前 相 同 ; 而 門 楣 效 應影 響 不 同 的 輻 射 熱 回 饋 , 造 成 1/2 開 溫 度 ( 圖 5-63) 及 地 板 熱 通 量 ( 圖 5-65) 上升 最 快 ,2/3 次 之 , 全 開 最 慢 之 趨 勢 。圖 5-62 汽 油 前 側 雙 開 口 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )圖 5-63 汽 油 前 側 雙 開 口 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )70

圖 5-64 汽 油 前 側 雙 開 口 實 驗 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )圖 5-65 汽 油 前 側 雙 開 口 實 驗 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )71

(2) 通 風 因 子 對 閃 燃 時 燃 燒 之 影 響表 5-32 為 開 口 位 於 上 方 閃 燃 時 之 數 據 。 因 無 門 楣 阻 隔 且 煙 層 累 積 情 形 相 似 ,造 成 閃 燃 發 生 時 間 、 熱 釋 放 率 、 地 板 熱 通 量 及 天 花 板 溫 度 並 無 顯 著 差 異 , 且 彼 此通 風 量 也 相 同 。當 開 口 位 於 下 方 時 , 因 通 風 情 況 比 單 開 口 良 好 , 造 成 使 得 輻 射 熱 回 饋 情 形 差且 熱 量 不 易 累 積 , 再 加 上 門 楣 的 阻 擋 , 造 成 無 閃 燃 現 象 發 生 , 與 前 後 雙 開 口 汽 油有 相 同 現 象 。與 前 後 雙 開 口 實 驗 比 較 , 論 開 口 位 於 上 方 或 下 方 , 熱 釋 放 率 、 地 板 熱 通 量 、天 花 板 溫 度 及 通 風 量 差 異 不 大 , 表 示 雙 開 口 之 位 置 對 閃 燃 影 響 不 大 。表 5-32 汽 油 前 側 雙 開 口 位 於 上 方 閃 燃 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.028m 2 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )閃 燃 時 間 (s) 118 119 130燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 0.79 0.96 0.71熱 釋 放 率 (kW) 38 38 35地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 9.0 9.0 9.0天 花 板 溫 度 (℃) 305 350 320煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.21 0.20 0.22門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 74.6 69.3 79.9門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 74.2 68.9 79.672

(3) 通 風 因 子 對 閃 燃 後 燃 燒 之 影 響將 閃 燃 後 一 穩 定 期 實 驗 數 據 整 理 成 下 表 ( 表 5-33、 表 5-34)。 開 口 位 於 上 方時 , 因 閃 燃 後 火 勢 擴 大 , 造 成 熱 釋 放 率 有 較 高 之 情 況 , 但 熱 釋 放 率 、 天 花 板 溫 度及 地 板 熱 通 量 趨 勢 與 閃 燃 時 差 不 多 ; 開 口 位 於 下 方 時 , 通 風 量 亦 有 全 開 最 高 、2/3開 次 之 、1/2 最 低 之 趨 勢 , 且 隨 著 門 楣 越 高 , 輻 射 熱 回 饋 越 強 , 使 得 1/2 之 實 驗數 據 最 高 、2/3 次 之 、 全 開 最 低 之 情 形 。與 前 後 雙 開 口 實 驗 比 較 , 論 開 口 位 於 上 方 或 下 方 , 熱 釋 放 率 、 地 板 熱 通 量 、天 花 板 溫 度 及 通 風 量 差 異 不 大 , 表 示 雙 開 口 之 位 置 對 閃 燃 後 影 響 不 大 。表 5-33 汽 油 前 側 雙 開 口 位 於 上 方 穩 態 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.028m 2 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )穩 態 時 間 (s) 185 185 225燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 0.87 0.83 0.8熱 釋 放 率 (kW) 44 46 42地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 8.0 9.0 9.0天 花 板 溫 度 (℃) 350 390 400煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.25 0.25 0.25門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 96.8 96.8 96.4門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 96.3 96.3 96.0表 5-34 汽 油 前 側 雙 開 口 位 於 下 方 穩 態 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.028m 2 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )穩 態 時 間 (s) 185 160 160燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 0.87 1.08 1.84熱 釋 放 率 (kW) 46 58 78地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 9.0 15.0 37.0天 花 板 溫 度 (℃) 350 480 610煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.25 0.15 0.13門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 96.8 53.2 38.6門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 96.3 52.4 38.273

5.2.6 異 丙 醇 前 側 雙 開 口 實 驗將 前 後 雙 開 口 異 丙 醇 實 驗 數 據 整 理 成 表 5-35。 在 油 盤 面 積 0.053m 2 有 閃 燃 現象 發 生 , 而 油 盤 面 積 為 0.040m 2 則 無 閃 燃 發 生 。燃 料異 丙 醇油 盤 面 積(m2)表 5-35 異 丙 醇 前 側 雙 開 口 實 驗 閃 燃 發 生 時 間開 口 大 小 及 位 置A H =0.186 A H =0.1 A H =0.066Fully open upper lower upper lower0.053 189 180 203 177 2130.040 - - - - --: 無 閃 燃 ( 火 焰 竄 出 門 口 ) 現 象 發 生5.2.6.1 通 風 因 子 對 未 發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響 ( 前 側 雙 開 口 )(1) 熱 釋 放 率從 圖 5-66、 圖 5-67 之 異 丙 醇 熱 釋 放 率 圖 得 之 , 開 口 位 置 及 大 小 對 熱 釋 放 率影 不 大 , 熱 釋 放 率 皆 在 30 kW 左 右 , 與 單 開 口 異 丙 醇 實 驗 及 前 後 雙 開 口 異 丙 醇實 驗 熱 釋 放 率 差 不 多 , 表 示 未 發 生 閃 燃 現 象 時 , 通 風 效 應 對 燃 燒 影 響 並 不 大 。 其原 因 與 先 前 提 到 之 充 足 氧 氣 量 及 較 弱 之 輻 射 熱 回 饋 有 關 。圖 5-64 異 丙 醇 前 側 雙 開 口 實 驗 之 熱 釋 放 率 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )74

圖 5-65 異 丙 醇 前 側 雙 開 口 實 驗 之 熱 釋 放 率 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )75

(2) 天 花 板 溫 度從 圖 5-68 得 之 開 口 位 於 上 方 時 三 者 溫 度 約 320℃, 彼 此 差 異 不 大 , 代 表 前 側開 口 之 門 檻 對 天 花 板 溫 度 影 響 不 大 , 與 前 後 雙 開 口 趨 勢 相 同 , 其 原 因 與 前 述 燃 燒需 氧 量 及 輻 射 熱 回 饋 有 關 ; 當 開 口 位 於 下 方 時 ( 圖 5-69), 因 不 同 門 楣 高 度 造 成不 同 之 輻 射 熱 回 饋 , 而 有 1/2 開 最 高 、2/3 次 之 及 全 開 最 低 之 情 況 , 與 單 開 口 異丙 醇 實 驗 及 前 後 雙 開 口 異 丙 醇 實 驗 有 趨 勢 相 同 。圖 5-68 異 丙 醇 前 側 雙 開 口 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )圖 5-69 異 丙 醇 前 側 雙 開 口 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )76

(3) 地 板 熱 通 量當 開 口 位 於 上 方 時 , 地 板 熱 通 量 皆 在 2.5kW/m 2 左 右 ( 圖 5-70), 表 示 油 盤 過小 無 閃 燃 現 象 發 生 時 , 有 充 足 之 氧 氣 , 加 上 相 近 之 煙 層 厚 度 , 造 成 相 同 之 輻 射 強度 , 而 使 得 三 者 地 板 熱 通 量 相 似 。 因 為 前 側 雙 開 口 冷 卻 情 況 較 强 , 使 其 地 板 熱通 量 低 於 單 開 口 之 情 況 , 與 前 後 雙 開 口 實 驗 有 同 樣 趨 勢 。而 開 口 位 於 下 方 時 ( 圖 5-71), 則 與 先 前 趨 勢 相 同 (1/2 開 最 高 、2/3 次 之 、全 開 最 低 ), 其 原 因 也 與 輻 射 熱 回 饋 有 關 。圖 5-70 異 丙 醇 前 側 雙 開 口 實 驗 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )圖 5-71 異 丙 醇 前 側 雙 開 口 實 驗 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )77

將 前 側 開 口 之 實 驗 數 據 整 理 成 表 5-36、 表 5-37, 其 趨 勢 與 異 丙 醇 前 後 開 口實 驗 相 同 , 再 次 印 證 無 閃 燃 現 象 發 生 , 通 風 效 應 對 燃 燒 並 無 顯 著 之 影 響 。表 5-36 異 丙 醇 前 側 雙 開 口 位 於 上 方 穩 態 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.040m 2 時 間 :400 秒 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 0.97 0.84 0.89熱 釋 放 率 (kW) 31 30 30地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 4.0 5.0 5.0天 花 板 溫 度 (℃) 320 320 330煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.14 0.14 0.13門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 40.6 40.6 38.1門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 40.3 40.3 38.0表 5-37 異 丙 醇 前 側 雙 開 口 位 於 下 方 穩 態 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.040m 2 時 間 :400 秒 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 0.97 0.94 0.85熱 釋 放 率 (kW) 31 29 30地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 5.0 6.0 8.0天 花 板 溫 度 (℃) 320 400 450煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.14 0.09 0.07門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 40.6 20.9 18.9門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 40.3 20.7 18.778

5.2.6.2 通 風 因 子 對 發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響 ( 前 側 雙 開 口 )(1) 通 風 因 子 對 閃 燃 前 燃 燒 之 影 響圖 5-72、 圖 5-73 異 丙 醇 (0.053m 2 ) 之 熱 釋 放 率 圖 。 在 開 口 位 於 上 方 及 下 方時 ,0 到 60 秒 間 熱 釋 放 率 成 長 情 形 相 似 , 其 原 因 為 與 先 前 氧 氣 量 及 輻 射 熱 回 饋有 關 。圖 5-72 異 丙 醇 前 側 雙 開 口 實 驗 之 熱 釋 放 率 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )圖 5-73 異 丙 醇 前 側 雙 開 口 實 驗 之 熱 釋 放 率 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )79

而 天 花 板 溫 度 及 地 板 熱 通 量 也 與 先 前 趨 勢 相 同 。 當 開 口 位 於 上 方 , 門 檻 效 應影 響 不 顯 著 , 造 成 全 開 、2/3 開 及 1/2 開 天 花 板 溫 度 ( 圖 5-74) 及 地 板 熱 通 量 ( 圖5-76) 成 長 趨 勢 差 不 多 ; 開 口 位 於 下 方 時 , 因 輻 射 熱 回 饋 強 度 不 同 , 造 成 1/2 開天 花 板 溫 度 ( 圖 5-75) 及 地 板 熱 通 量 ( 圖 5-77) 成 長 趨 勢 最 快 、2/3 開 次 之 、 全開 最 慢 之 趨 勢 。圖 5-74 異 丙 醇 前 側 雙 開 口 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )圖 5-75 異 丙 醇 前 側 雙 開 口 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )80

圖 5-76 異 丙 醇 前 側 雙 開 口 實 驗 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 於 上 方 )圖 5-77 異 丙 醇 前 側 雙 開 口 實 驗 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 開 口 位 於 下 方 )81

(2) 通 風 因 子 對 閃 燃 時 燃 燒 之 影 響將 異 丙 醇 (0.053m 2 ) 閃 燃 時 實 驗 數 據 整 理 如 下 表 ( 表 5-38、 表 5-39)。 當 開口 位 於 上 方 時 , 彼 此 熱 釋 放 率 、 地 板 熱 通 量 、 天 花 板 溫 度 及 通 風 量 差 異 不 大 。表 5-38 異 丙 醇 前 側 雙 開 口 位 於 上 方 閃 燃 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.053m 2 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )閃 燃 發 生 時 間 (s) 130 140 145燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 1.35 1.27 1.13熱 釋 放 率 (kW) 41 40 42地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 9.0 9.0 8.0天 花 板 溫 度 (℃) 410 400 400煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.17 0.17 0.18門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 59.2 58.5 59.1門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 58.6 58.0 58.5當 開 口 位 於 下 方 時 , 因 通 風 不 好 加 上 門 楣 阻 擋 , 與 上 方 開 口 相 比 , 使 得 閃 燃現 象 較 晚 發 生 。 因 門 楣 關 係 造 成 不 同 輻 射 熱 回 饋 , 造 成 1/2 開 實 驗 數 據 最 高 、2/3開 次 之 及 全 開 最 低 之 情 況 , 與 前 後 雙 開 口 異 丙 醇 趨 勢 相 同 。表 5-39 異 丙 醇 前 側 雙 開 口 位 於 下 方 閃 燃 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.053m 2 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )閃 燃 發 生 時 間 (s) 130 203 213燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 1.35 1.38 1.94熱 釋 放 率 (kW) 41 62 100地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 9.0 15.0 36.0天 花 板 溫 度 (℃) 410 500 790煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.17 0.09 0.08門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 59.2 20.6 16.4門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 58.6 20.5 16.382

(3) 通 風 因 子 對 閃 燃 後 燃 燒 之 影 響將 異 丙 醇 閃 燃 後 穩 態 之 實 驗 數 據 整 理 成 表 5-40、 表 5-41。 開 口 位 於 上 方 時 ,彼 此 通 風 量 無 明 顯 差 異 。 而 1/2 開 之 熱 釋 放 率 、 天 花 板 溫 度 及 地 板 熱 通 量 之 實 驗數 據 大 於 全 開 及 2/3 開 , 表 示 通 風 因 子 縮 小 時 , 熱 量 容 易 累 積 在 侷 限 空 間 中 , 與單 開 口 及 前 後 雙 開 口 有 同 樣 趨 勢 。當 開 口 位 於 下 方 , 通 風 量 與 先 前 有 相 同 之 趨 勢 。2/3 開 之 熱 釋 放 率 、 天 花 板溫 度 及 地 板 熱 通 量 高 於 1/2 開 與 全 開 , 與 單 開 口 異 丙 醇 實 驗 及 前 後 雙 開 口 異 丙 醇實 驗 有 相 同 原 因 及 趨 勢 。表 5-40 異 丙 醇 前 側 雙 開 口 位 於 上 方 穩 態 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.053m 2 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )穩 態 時 間 (s) 490 420 460燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 2.31 2.21 2.69熱 釋 放 率 (kW) 170 190 230地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 50.0 50.0 70.0天 花 板 溫 度 (℃) 800 850 950煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.18 0.18 0.2門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 68.6 67.1 62.1門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 58.1 59.1 61.0表 5-41 異 丙 醇 前 側 雙 開 口 位 於 下 方 穩 態 時 之 數 據 ( 油 盤 :0.053m 2 )A H0.186 0.1 0.066( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 )穩 態 時 間 (s) 490 390 310燃 料 質 量 損 失 率 (g/s) 2.31 3.01 3.02熱 釋 放 率 (kW) 180 215 185地 板 熱 通 量 (kW/m 2 ) 45 60 57天 花 板 溫 度 (℃) 800 850 820煙 層 排 出 門 口 厚 度 (m) 0.18 0.12 0.08門 口 排 出 煙 氣 量 (g/s) 68.6 27.9 16.3門 口 進 入 空 氣 量 (g/s) 58.1 27.8 16.283

六 、 討 論6.1 侷 限 空 間 中 第 二 可 燃 物 對 閃 燃 影 響 之 討 探6.1.1 未 發 生 閃 燃 現 象未 發 生 閃 燃 現 象 之 實 驗 , 經 過 短 暫 的 成 長 期 後 , 即 呈 現 穩 態 (steady state),表 6-1 為 未 發 生 閃 燃 現 象 之 燃 燒 情 況 , 汽 油 實 驗 中 , 雙 油 盤 實 驗 之 質 量 損 失 率 、天 花 板 下 方 溫 度 及 地 板 熱 通 量 皆 高 於 單 油 盤 實 驗 , 但 異 丙 醇 實 驗 皆 無 此 現 象 , 其原 因 可 能 為 燃 料 特 性 所 造 成 , 以 下 為 熱 釋 放 率 公 式 :⋅Q = m ∆H⋅c⋅Q=a− QL⋅L∆Hc⋅其 中 Q 為 熱 釋 放 率 ; m ⋅ 為 燃 料 質 量 損 失 率 ; ∆ H c為 燃 燒 熱 ; a為 熱 吸 收 率 ;為 熱 損 失 率 ;L 為 燃 料 潛 熱 , 異 丙 醇 潛 熱 高 於 汽 油 , 但 異 丙 醇 燃 燒 熱 較 汽 油 低 ,當 異 丙 醇 被 引 燃 後 , 其 熱 釋 放 速 率 低 於 汽 油 , 因 此 , 閃 燃 時 , 異 丙 醇 的 熱 釋 放 速率 無 顯 著 增 加 。Q ⋅Q ⋅L6.1.2 發 生 閃 燃 現 象本 實 驗 中 , 閃 燃 的 判 定 為 火 焰 竄 出 門 口 及 第 二 油 盤 被 引 燃 , 表 6-2 及 表 6-3分 別 為 第 二 油 盤 被 引 燃 時 及 火 焰 竄 出 門 口 時 天 花 板 溫 度 及 地 板 熱 通 量 , 當 以 火 焰竄 出 門 口 為 閃 燃 指 標 時 , 天 花 板 溫 度 及 地 板 熱 通 量 比 以 第 二 油 盤 被 引 燃 時 低 , 原因 為 火 焰 竄 出 門 口 時 間 較 第 二 油 盤 被 引 燃 時 早 , 在 汽 油 及 異 丙 醇 實 驗 中 , 雙 油 盤實 驗 天 花 板 溫 度 及 地 板 熱 通 量 皆 高 於 單 油 盤 實 驗 , 因 當 閃 燃 發 生 時 , 第 二 油 盤 釋放 出 可 燃 性 蒸 氣 被 引 燃 , 造 成 雙 油 盤 實 驗 天 花 板 溫 度 及 地 板 熱 通 量 較 單 油 盤 實 驗高 。6.1.3 利 用 未 燃 的 可 燃 性 蒸 氣 及 第 二 可 燃 物 澄 清 閃 燃 機 制雖 然 第 二 油 盤 會 造 成 天 花 板 溫 度 及 地 板 熱 通 量 變 高 , 但 第 二 油 盤 並 不 影 響 閃燃 發 生 時 間 , 因 此 , 較 多 的 可 燃 性 蒸 氣 並 不 會 促 使 閃 燃 的 發 生 , 因 此 閃 燃 並 非 屬預 混 燃 燒 (premixed combustion)。 此 外 , 引 起 閃 燃 並 不 需 要 第 二 可 燃 物 , 第 二 可燃 物 只 會 使 閃 燃 後 的 燃 燒 情 況 更 為 嚴 重 , 因 第 二 可 燃 物 受 熱 後 , 釋 放 出 大 量 可 燃性 蒸 氣 , 閃 燃 時 可 燃 性 蒸 氣 將 被 引 燃 , 造 成 天 花 板 溫 度 及 地 板 熱 通 量 增 加 , 而 不會 影 響 閃 燃 時 間 。84

表 6-1 汽 油 及 異 丙 醇 未 閃 燃 之 單 油 盤 實 驗 及 雙 油 盤 實 驗 穩 態 燃 燒 狀 況 ( 時 間 :200秒 )第 一 油 盤 第 二 油 盤 質 量 損 失 率天 花 板 溫 度 (℃)熱 通 量燃 料直 徑 (cm) 直 徑 (cm) (g/s) a b c(kW/m 2 )19 1.38±0.21 621.72±47.7 500.48±34.4 557.20±43.7 21.6±5.8汽 油 19- 0.82±0.10 485.28±20.5 405.23±25.3 446.65±30.2 14.7±2.619 0.8±0.12 417.25±16.2 356.66±2.6 388.51±3.3 9.3±0.522.5- 0.86±0.08 441.98±14.3 390.05±12.5 425.51±18.4 11.1±0.4異 丙 醇19 0.54±0.04 339.79±19.5 288.37±17.2 309.52±16.8 6.5±0.619- 0.54±0.05 355.58±12.3 316.97±19.2 337.51±18.3 7.6±1.2表 6-2 汽 油 、 異 丙 醇 實 驗 中 報 紙 及 第 二 油 盤 引 燃 時 間 的 天 花 板 溫 度 及 地 板 熱 通 量燃 料第 一 油 盤 第 二 油 盤 第 二 油 盤 引天 花 板 溫 度 (℃)熱 通 量直 徑 (cm) 直 徑 (cm) 燃 時 間 (s) a b c (kW/m 2 )汽 油2619 33±3 665.1±39.3 630.6±51.9 772.2±28.9 56.7±0.8- - 684.7±10.0 616.3±11.9 721.4±36.5 49.1±3.422.519 114±7 766.9±12.4 661.4±10.5 738.5±17.9 39.1±3.3- - 671.5±10.2 596.6±9.8 677.0±15.8 31.3±2.1異 丙 醇3019 106±6 759.7±0.8 646.8±25.2 765.5±12.6 44.1±0.3- - 664.5±13.1 596.8±1.8 719.8±2.9 30.3±0.42619 203±18 784.1±29.6 636.5±3.5 699.8±1.3 34.5±2.1- - 761.7±31.1 618.2±4.3 655.8±5.8 30.0±2.5燃 料汽 油異 丙 醇表 6-3 汽 油 、 異 丙 醇 實 驗 中 火 焰 竄 出 門 口 時 的 天 花 板 溫 度 及 地 板 熱 通 量第 一 油 盤 第 二 油 盤 火 焰 竄 出 門 口天 花 板 溫 度 (℃)熱 通 量直 徑 (cm) 直 徑 (cm) 時 間 (s) a b c (kW/m 2 )2619 21±4 496.5±4.7 430.8±6.8 562.3±22.8 30.8±0.3- 26±6 520.0±13.1 445.1±6.4 503.0±98.7 29.1±1.522.519 100±15 751.0±28.3 644.4±27.9 723.9±32.5 34.1±1.6- 87±7 610.8±15.9 534.0±22.8 625.3±30.1 27.3±2.23019 84±8 717.3±23.1 573.8±24.0 681.3±28.6 29.9±3.0- 65±4 580.3±2.5 510.2±0.0 639.1±0.5 21.1±0.12619 182±17 744.7±42.5 589.3±30.2 653.5±36.2 28.3±2.1- 181±10 679.2±18.9 556.0±24.1 603.3±25.8 21.9±1.485

6.2 侷 限 空 間 中 不 同 開 口 模 式 對 閃 燃 影 響 之 探 討上 述 實 驗 結 果 及 討 論 十 分 複 雜 , 本 小 節 將 不 同 開 口 模 式 ( 全 開 、2/3 開 上 、1/2 開 上 、2/3 開 下 及 1/2 開 下 ) 及 實 驗 數 據 ( 熱 釋 放 率 、 天 花 板 溫 度 、 地 板 熱 通量 及 通 風 量 ) 進 行 統 合 分 析 , 而 排 出 煙 氣 量 及 進 入 空 氣 量 相 近 , 故 選 定 排 出 煙 氣量 代 表 開 口 模 式 之 通 風 情 況 。6.2.1 未 發 生 閃 燃 現 象未 發 生 閃 燃 現 象 之 燃 燒 ( 表 6-4- 表 6-9), 因 油 盤 較 小 , 燃 燒 所 需 之 氧 量 較 少 ,此 時 侷 限 空 間 中 氧 氣 充 足 , 加 上 燃 燒 產 生 煙 氣 較 少 , 煙 氣 輻 射 熱 回 饋 強 度 較 弱 ,其 燃 燒 程 度 取 決 於 油 盤 本 身 大 小 及 燃 料 特 性 , 造 成 不 同 開 口 之 侷 限 空 間 與 非 侷 限空 間 熱 釋 放 率 差 異 不 大 。 而 門 檻 及 門 楣 效 應 會 影 響 天 花 板 溫 度 及 地 板 熱 通 量 ; 門檻 會 影 響 冷 空 氣 流 入 情 形 , 對 地 板 熱 通 量 造 成 影 響 ; 而 門 楣 會 影 響 煙 層 累 積 的 情形 , 造 成 輻 射 熱 回 饋 強 度 不 同 , 但 對 小 油 盤 而 言 , 影 響 不 大 。雙 開 口 前 後 、 前 側 之 結 果 相 差 不 大 , 但 因 通 風 量 高 於 單 開 口 , 造 成 冷 卻 效 應較 強 , 使 得 雙 開 口 之 熱 釋 放 率 、 天 花 板 溫 度 及 地 板 熱 通 量 略 低 於 單 開 口 , 但 影 響也 不 大 。表 6-4 單 開 口 實 驗 穩 態 燃 燒 狀 況 ( 油 盤 :0.018m 2 時 間 :200 秒 )實 驗 數 據開 口 模 式熱 釋 放 率(kW)天 花 板 溫 度(℃)地 板 熱 通 量(kW/m 2 )排 出 煙 氣 量(g/s)全 開 20 250 2.5 29.52/3 開 上 20 300 5.3 29.61/2 開 上 20 290 5.0 29.62/3 開 下 19 250 4.0 18.11/2 開 下 18 300 5.0 4.3表 6-5 前 後 雙 開 口 實 驗 穩 態 燃 燒 狀 況 ( 油 盤 :0.018m 2 時 間 :200 秒 )實 驗 數 據開 口 模 式熱 釋 放 率(kW)天 花 板 溫 度(℃)地 板 熱 通 量(kW/m 2 )排 出 煙 氣 量(g/s)全 開 18 210 2.5 59.12/3 開 上 18 210 2.5 58.21/2 開 上 19 210 2.5 59.22/3 開 下 19 220 3.0 36.41/2 開 下 17 290 5.0 8.586

表 6-6 汽 油 前 側 雙 開 口 實 驗 穩 態 燃 燒 狀 況 ( 油 盤 :0.018m 2 時 間 :200 秒 )實 驗 數 據開 口 模 式熱 釋 放 率(kW)天 花 板 溫 度(℃)地 板 熱 通 量(kW/m 2 )排 出 煙 氣 量(g/s)全 開 18 200 2.5 56.82/3 開 上 19 210 2.5 57.91/2 開 上 19 190 2.5 60.62/3 開 下 18 250 4.0 36.81/2 開 下 19 320 5.0 8.3表 6-7 異 丙 醇 單 開 口 實 驗 穩 態 燃 燒 狀 況 ( 油 盤 :0.040m 2 時 間 :400 秒 )實 驗 數 據開 口 模 式熱 釋 放 率(kW)天 花 板 溫 度(℃)地 板 熱 通 量(kW/m 2 )排 出 煙 氣 量(g/s)全 開 33 400 7.5 29.22/3 開 上 31 390 7.5 29.31/2 開 上 30 395 7.5 26.82/3 開 下 31 405 7.5 12.11/2 開 下 31 400 10.0 7.0表 6-8 異 丙 醇 前 後 雙 開 口 實 驗 穩 態 燃 燒 狀 況 ( 油 盤 :0.040m 2 時 間 :400 秒 )實 驗 數 據開 口 模 式熱 釋 放 率(kW)天 花 板 溫 度(℃)地 板 熱 通 量(kW/m 2 )排 出 煙 氣 量(g/s)全 開 32 300 3.0 40.62/3 開 上 30 300 4.0 40.61/2 開 上 30 300 4.0 40.52/3 開 下 30 350 5.0 20.91/2 開 下 30 450 10.0 17.9表 6-9 異 丙 醇 前 側 雙 開 口 實 驗 穩 態 燃 燒 狀 況 ( 油 盤 :0.040m 2 時 間 :400 秒 )實 驗 數 據開 口 模 式熱 釋 放 率(kW)天 花 板 溫 度(℃)地 板 熱 通 量(kW/m 2 )排 出 煙 氣 量(g/s)全 開 31 320 4.0 40.62/3 開 上 30 320 5.0 40.61/2 開 上 30 330 5.0 38.12/3 開 下 29 400 6.0 20.91/2 開 下 30 450 8.0 18.987

6.2.2 發 生 閃 燃 現 象當 油 盤 夠 大 有 閃 燃 現 象 發 生 ( 火 焰 竄 出 門 口 ) 時 , 因 燃 燒 狀 況 不 同 , 可 分 為閃 燃 前 、 閃 燃 時 及 閃 燃 後 探 討 。6.2.2.1 閃 燃 前 燃 燒 狀 況閃 燃 前 可 分 兩 階 段 , 燃 燒 初 期 因 空 氣 量 充 足 及 煙 氣 量 少 , 此 時 全 開 、2/3 開上 、1/2 開 上 、2/3 開 下 、1/2 開 下 及 非 侷 限 空 間 燃 燒 火 勢 成 長 情 形 類 似 ( 成 長 期前 期 )。 而 成 長 期 至 閃 燃 前 這 段 時 間 火 勢 開 始 受 天 花 板 及 牆 面 影 響 , 因 熱 能 開 始累 積 於 侷 限 空 間 中 , 加 上 侷 限 空 間 內 部 煙 層 輻 射 熱 之 影 響 , 使 得 侷 限 空 間 火 勢 成長 較 非 侷 限 空 間 迅 速 ( 成 長 期 後 期 )。6.2.2.2 閃 燃 時 燃 燒 狀 況而 閃 燃 時 及 閃 燃 後 因 油 盤 大 小 及 燃 料 特 性 不 同 , 本 研 究 將 異 丙 醇 及 汽 油 分 開討 論 。汽 油 單 開 口 實 驗 方 面 ( 表 6-10), 當 開 口 位 於 上 方 時 , 通 風 情 況 良 好 , 會 使得 閃 燃 現 象 較 快 發 生 , 此 時 天 花 板 溫 度 差 異 不 大 , 而 整 體 熱 釋 放 率 也 差 不 多 。 開口 位 於 下 方 時 , 因 通 風 情 形 較 差 及 煙 層 累 積 時 間 較 久 , 使 得 閃 燃 發 生 較 慢 , 但 因輻 射 熱 回 饋 強 度 較 強 , 造 成 閃 燃 時 之 天 花 板 溫 度 、 地 板 熱 通 量 及 熱 釋 放 率 較 高 。雙 開 口 實 驗 中 當 開 口 位 於 上 方 時 , 因 煙 層 不 易 累 積 , 使 得 輻 射 熱 回 饋 情 形 較差 且 熱 能 不 易 蓄 積 在 侷 限 空 間 內 , 所 以 需 要 較 久 時 間 才 能 達 到 閃 燃 ( 表 6-11、 表6-12)。 但 因 達 閃 燃 所 需 時 間 較 久 , 燃 燒 時 間 較 長 , 造 成 其 實 驗 量 測 數 據 略 高 於單 開 口 。 且 前 後 開 口 與 前 側 開 口 兩 者 差 異 不 大 , 表 示 開 口 高 度 及 大 小 會 對 燃 燒 造成 影 響 , 但 開 口 位 置 則 較 無 影 響 。 當 前 後 、 前 側 雙 開 口 位 於 下 方 時 , 因 通 風 情 況比 單 開 良 好 , 造 成 使 得 輻 射 熱 回 饋 情 形 差 且 熱 量 不 易 累 積 , 造 成 無 閃 燃 現 象 發 生 。表 6-10 油 單 開 口 實 驗 閃 燃 時 燃 燒 狀 況 ( 油 盤 :0.028m 2 )實 驗 數 據 熱 釋 放 率 天 花 板 溫 度 地 板 熱 通 量 排 出 煙 氣 量開 口 模 式 (kW) (℃) (kW/m 2 ) (g/s)全 開 30 200 4.0 47.32/3 開 上 32 220 6.5 51.41/2 開 上 32 190 6.0 51.32/3 開 下 56 430 17.0 20.11/2 開 下 56 520 19.0 13.6表 6-11 前 後 雙 開 口 實 驗 閃 燃 時 燃 燒 狀 況 ( 油 盤 :0.028m 2 )實 驗 數 據開 口 模 式熱 釋 放 率(kW)天 花 板 溫 度(℃)地 板 熱 通 量(kW/m 2 )排 出 煙 氣 量(g/s)全 開 38 330 6.0 79.92/3 開 上 38 320 6.0 85.41/2 開 上 35 315 7.5 79.8* 開 口 位 於 下 方 未 發 生 閃 燃88

表 6-12 油 前 側 雙 開 口 實 驗 閃 燃 時 燃 燒 狀 況 ( 油 盤 :0.028m 2 )實 驗 數 據開 口 模 式熱 釋 放 率(kW)天 花 板 溫 度(℃)地 板 熱 通 量(kW/m 2 )排 出 煙 氣 量(g/s)全 開 38 305 8.0 74.62/3 開 上 35 350 7.9 69.31/2 開 上 35 320 8.2 79.9* 開 口 位 於 下 方 未 發 生 閃 燃異 丙 醇 方 面 ( 表 6-13- 表 6-15), 當 開 口 位 於 上 方 時 , 單 開 口 、 前 後 雙 開 口 及前 側 雙 開 口 之 熱 釋 放 率 、 天 花 板 溫 度 及 地 板 熱 通 量 差 異 不 大 , 表 示 此 時 燃 燒 需 氧量 充 足 , 開 口 數 目 及 位 置 並 不 會 造 成 影 響 。表 6-13 丙 醇 單 開 口 實 驗 閃 燃 時 燃 燒 狀 況 ( 油 盤 :0.053m 2 )實 驗 數 據開 口 模 式熱 釋 放 率(kW)天 花 板 溫 度(℃)地 板 熱 通 量(kW/m 2 )排 出 煙 氣 量(g/s)全 開 40 400 5.0 37.22/3 開 上 40 440 5.0 34.51/2 開 上 40 450 8.5 36.82/3 開 下 45 575 12.2 15.81/2 開 下 75 725 21.0 9.9表 6-14 丙 醇 前 後 雙 開 口 實 驗 閃 燃 時 燃 燒 狀 況 ( 油 盤 :0.053m 2 )實 驗 數 據開 口 模 式熱 釋 放 率(kW)天 花 板 溫 度(℃)地 板 熱 通 量(kW/m 2 )排 出 煙 氣 量(g/s)全 開 40 310 6.0 59.22/3 開 上 41 400 7.0 58.81/2 開 上 41 400 9.0 63.82/3 開 下 75 510 17.5 20.81/2 開 下 110 720 35.0 13.9表 6-15 丙 醇 前 側 雙 開 口 實 驗 閃 燃 時 燃 燒 狀 況 ( 油 盤 :0.053m 2 )實 驗 數 據開 口 模 式熱 釋 放 率(kW)天 花 板 溫 度(℃)地 板 熱 通 量(kW/m 2 )排 出 煙 氣 量(g/s)全 開 41 410 9.0 59.22/3 開 上 40 400 9.0 58.51/2 開 上 42 400 8.0 59.12/3 開 下 62 500 15.0 20.61/2 開 下 100 790 36.0 16.489

6.2.2.3 閃 燃 後 燃 燒 狀 況 ( 全 盛 期 )在 汽 油 單 開 口 實 驗 方 面 ( 表 6-16), 開 口 位 於 上 方 處 量 測 之 熱 釋 放 率 、 天 花板 溫 度 及 地 板 熱 通 量 , 因 閃 燃 後 火 勢 擴 大 , 所 量 測 之 數 據 較 閃 燃 時 高 , 但 全 開 、2/3 開 及 1/2 開 之 實 驗 數 據 無 明 顯 差 異 ; 而 開 口 位 於 下 方 處 量 測 數 據 顯 示 ,2/3 開時 因 通 風 好 加 上 輻 射 熱 回 饋 也 高 於 全 開 , 使 得 熱 釋 放 率 明 顯 高 於 全 開 與 1/2 開 。雙 開 口 實 驗 當 開 口 位 於 上 方 時 ( 表 6-17、 表 6-18), 單 開 口 與 雙 開 口 熱 釋 放率 差 不 多 , 表 示 此 時 燃 燒 需 氧 量 充 足 , 開 口 數 目 及 位 置 並 不 會 造 成 影 響 ; 開 口 位於 下 方 時 , 雙 開 口 之 通 風 量 高 於 單 開 口 , 而 開 口 越 小 輻 射 熱 回 饋 強 , 造 成 1/2 開下 之 熱 釋 放 率 高 於 2/3 開 , 表 示 通 風 會 影 響 燃 燒 效 率 及 輻 射 熱 回 饋 這 兩 種 效 應 ,而 這 兩 種 效 應 成 相 反 關 係 ( 例 如 : 通 風 越 好 會 提 高 燃 燒 效 率 , 但 排 出 煙 氣 越 多 反而 降 低 輻 射 熱 回 饋 ) 卻 又 同 時 存 在 , 而 其 燃 燒 狀 況 會 如 何 擇 取 決 何 種 效 應 較 強 。表 6-16 油 單 開 口 實 驗 全 盛 期 燃 燒 狀 況 ( 油 盤 :0.028m 2 )實 驗 數 據開 口 模 式熱 釋 放 率(kW)天 花 板 溫 度(℃)地 板 熱 通 量(kW/m 2 )排 出 煙 氣 量(g/s)全 開 55 400 7.5 62.92/3 開 上 55 480 16.0 66.11/2 開 上 56 510 20.0 63.32/3 開 下 72 550 21.0 31.81/2 開 下 55 550 20.0 23.9表 6-17 油 前 後 雙 開 口 實 驗 全 盛 期 燃 燒 狀 況 ( 油 盤 :0.028m 2 )實 驗 數 據開 口 模 式熱 釋 放 率(kW)天 花 板 溫 度(℃)地 板 熱 通 量(kW/m 2 )排 出 煙 氣 量(g/s)全 開 45 350 6.0 96.82/3 開 上 40 350 7.0 102.61/2 開 上 42 350 7.5 96.82/3 開 下 52 500 15.0 53.61/2 開 下 82 700 32.5 38.0表 6-18 油 前 側 雙 開 口 實 驗 全 盛 期 燃 燒 狀 況 ( 油 盤 :0.028m 2 )實 驗 數 據開 口 模 式熱 釋 放 率(kW)天 花 板 溫 度(℃)地 板 熱 通 量(kW/m 2 )排 出 煙 氣 量(g/s)全 開 44 350 8.0 96.82/3 開 上 46 390 9.0 96.81/2 開 上 42 400 9.0 96.42/3 開 下 58 480 15.0 53.21/2 開 下 78 610 37.0 38.690

在 異 丙 醇 實 驗 方 面 ( 表 6-19- 表 6-21), 開 口 位 於 上 方 時 , 發 現 通 風 因 子 越 小 ,熱 釋 放 率 、 天 花 板 溫 度 及 地 板 熱 通 量 會 高 於 全 開 開 口 , 甚 至 高 於 下 方 開 口 。 表 示火 勢 大 時 , 開 口 除 了 影 響 燃 燒 效 率 及 輻 射 熱 回 饋 之 外 , 亦 影 響 熱 量 累 積 之 情 形 ,但 本 研 究 還 未 能 詳 細 探 討 清 楚 。表 6-19 丙 醇 單 開 口 實 驗 全 盛 期 燃 燒 狀 況 ( 油 盤 :0.053m 2 )實 驗 數 據開 口 模 式熱 釋 放 率(kW)天 花 板 溫 度(℃)地 板 熱 通 量(kW/m 2 )排 出 煙 氣 量(g/s)全 開 150 890 32.5 39.62/3 開 上 225 950 65.0 41.21/2 開 上 235 990 64.0 40.32/3 開 下 195 950 50.0 19.21/2 開 下 150 790 40.0 12.2表 6-20 醇 前 後 雙 開 口 實 驗 全 盛 期 燃 燒 狀 況 ( 油 盤 :0.053m 2 )實 驗 數 據開 口 模 式熱 釋 放 率(kW)天 花 板 溫 度(℃)地 板 熱 通 量(kW/m 2 )排 出 煙 氣 量(g/s)全 開 150 700 25.0 60.02/3 開 上 215 930 60.0 60.11/2 開 上 230 930 70.0 54.32/3 開 下 240 990 70.0 32.61/2 開 下 195 820 55.0 14.9表 6-21 丙 醇 前 側 雙 開 口 實 驗 全 盛 期 燃 燒 狀 況 ( 油 盤 :0.053m 2 )實 驗 數 據開 口 模 式熱 釋 放 率(kW)天 花 板 溫 度(℃)地 板 熱 通 量(kW/m 2 )排 出 煙 氣 量(g/s)全 開 170 800 50.0 68.02/3 開 上 190 850 50.0 67.11/2 開 上 230 950 70.0 62.12/3 開 下 215 850 60.0 29.71/2 開 下 185 820 57.0 16.391

將 以 上 結 果 歸 納 , 當 門 檻 及 門 楣 改 變 時 , 通 風 因 子 也 隨 之 改 變 , 影 響 包 含 冷卻 效 應 、 通 風 量 燃 燒 效 率 及 熱 量 累 積 等 等 , 且 彼 此 互 相 影 響 , 加 上 不 同 燃 料 及 油盤 大 小 所 受 之 影 響 也 不 相 同 。從 本 研 究 指 出 , 開 口 位 於 上 方 之 通 風 情 形 會 優 於 開 口 位 於 下 方 。 當 火 勢 較 小時 , 侷 限 空 間 需 氧 量 充 足 , 通 風 越 好 並 不 能 提 高 燃 燒 效 率 , 反 而 會 有 較 大 的 冷 卻效 應 , 但 整 體 影 響 不 大 。 此 冷 卻 效 應 已 由 Kumar[57] 提 出 : 小 油 盤 因 燃 燒 效 率 差異 不 大 , 若 變 成 雙 開 口 冷 卻 ( 稀 釋 ) 效 應 增 強 , 使 得 雙 開 口 之 溫 度 降 低 , 與 本 實驗 結 果 一 致 。當 火 勢 變 大 時 , 燃 燒 需 氧 量 增 加 , 若 侷 限 空 間 內 氧 氣 不 足 , 燃 料 燃 燒 效 率 會減 低 ; 此 時 煙 層 厚 度 亦 是 最 厚 , 輻 射 熱 回 饋 最 強 之 情 況 , 而 燃 燒 效 率 及 輻 射 熱 回饋 皆 扮 演 相 當 重 要 的 角 色 , 但 彼 此 卻 互 相 影 響 。 若 氧 氣 量 還 充 足 , 燃 燒 效 率 差 不多 , 此 時 不 同 程 度 之 輻 射 熱 回 饋 影 響 則 最 大 ; 若 氧 氣 量 不 足 , 燃 燒 狀 況 則 取 決 於何 種 效 應 較 強 。 除 了 上 述 影 響 外 , 從 異 丙 醇 實 驗 閃 燃 後 ( 表 6-19- 表 6-21) 來 看 ,除 了 燃 燒 效 率 及 輻 射 熱 回 饋 外 , 侷 限 空 間 熱 量 累 積 也 佔 有 很 大 的 影 響 因 素 , 但 目前 研 究 尚 未 能 明 確 解 釋 。92

七 、 結 論1. 本 研 究 利 用 單 油 盤 實 驗 及 雙 油 盤 實 驗 進 行 , 測 量 閃 燃 時 間 、 質 量 損 失 率 、 天 花板 溫 度 及 地 板 熱 通 量 , 本 研 究 結 果 澄 清 閃 燃 並 不 屬 於 預 混 燃 燒 (premixedcombustion), 第 二 可 燃 物 在 閃 燃 前 因 受 熱 釋 放 出 較 多 可 燃 性 蒸 氣 , 但 第 二 可 燃 物所 釋 放 出 的 可 燃 性 蒸 氣 並 不 會 影 響 閃 燃 時 間 , 也 不 會 促 使 閃 燃 的 發 生 , 而 第 二 可燃 物 會 使 閃 燃 後 的 天 花 板 溫 度 及 地 板 熱 通 量 增 加 。2 開 口 高 度 及 大 小 對 通 風 量 之 影 響本 研 究 利 用 實 驗 所 量 測 之 數 據 計 算 門 口 排 出 煙 氣 量 及 進 入 空 氣 量 。 結 果 指出 , 開 口 位 於 上 方 時 通 風 量 較 位 於 下 方 時 大 , 但 開 口 位 於 上 方 時 , 開 口 大 小 ( 全開 、2/3 開 、1/2 開 ) 對 通 風 量 影 響 並 不 大 ; 開 口 位 於 下 方 時 , 開 口 大 小 對 通 風 量則 有 明 顯 影 響 ( 開 口 愈 大 , 通 風 量 越 多 )。3 不 同 通 風 模 式 對 燃 燒 之 影 響 ( 單 開 口 )門 楣 及 門 檻 改 變 時 , 通 風 因 子 也 隨 之 改 變 , 而 對 燃 燒 造 成 影 響 。 影 響 包 括 煙層 熱 輻 射 、 通 風 量 、 燃 燒 效 率 、 冷 卻 效 應 及 熱 量 累 積 情 形 等 等 , 且 彼 此 互 相 影 響 。加 上 不 同 燃 燒 現 象 ( 有 無 閃 燃 現 象 發 生 ) 及 燃 燒 階 段 ( 閃 燃 前 、 閃 燃 時 及 閃 燃 後 )所 受 之 影 響 也 不 相 同 , 結 論 如 下 :(1) 通 風 因 子 對 未 發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響未 發 生 閃 燃 現 象 之 燃 燒 , 因 空 氣 充 足 且 煙 氣 量 少 , 其 燃 燒 程 度 取 決 於 油 盤 本身 大 小 及 燃 料 特 性 , 造 成 侷 限 與 非 侷 限 空 間 之 熱 釋 放 率 差 不 多 , 雖 然 門 楣 及 門 檻會 影 響 天 花 板 溫 度 及 地 板 熱 通 量 , 不 過 影 響 並 不 顯 著 。(2) 通 風 因 子 對 發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響A、 通 風 因 子 對 閃 燃 前 燃 燒 之 影 響閃 燃 前 可 分 兩 階 段 。 當 剛 開 始 燃 燒 這 段 期 間 , 因 空 氣 充 足 且 煙 氣 量 少 , 與 未發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 相 同 , 此 時 全 開 、2/3 開 上 、2/3 開 下 、1/2 開 上 、1/2 開 下 及 非侷 限 空 間 燃 燒 火 勢 成 長 情 形 類 似 ( 成 長 期 前 期 )。 而 成 長 期 前 期 至 閃 燃 前 這 段 期間 , 燃 燒 狀 況 開 始 受 天 花 板 及 牆 面 影 響 , 使 得 成 長 趨 勢 開 始 改 變 ( 成 長 期 後 期 )。B、 通 風 因 子 對 閃 燃 時 燃 燒 之 影 響當 開 口 位 於 上 方 時 , 通 風 情 況 良 好 , 會 使 得 閃 燃 現 象 較 快 發 生 , 此 時 天 花 板溫 度 差 異 不 大 , 而 整 體 熱 釋 放 率 也 差 不 多 。 開 口 位 於 下 方 時 , 因 通 風 情 形 較 差 且使 得 閃 燃 發 生 較 慢 , 但 閃 燃 時 之 天 花 板 溫 度 、 地 板 熱 通 量 及 熱 釋 放 率 偏 高 。C、 通 風 因 子 對 閃 燃 後 燃 燒 之 影 響在 汽 油 方 面 , 開 口 位 於 上 方 處 量 測 數 據 ( 熱 釋 放 率 、 天 花 板 溫 度 及 地 板 熱 通量 ), 因 閃 燃 後 火 勢 擴 大 , 所 量 測 之 數 據 較 閃 燃 時 高 , 但 全 開 、2/3 開 及 1/2 開 之實 驗 數 據 無 明 顯 差 異 ; 而 開 口 位 於 下 方 處 量 測 數 據 顯 示 ,2/3 開 時 熱 釋 放 率 明 顯高 於 全 開 與 1/2 開 。在 異 丙 醇 方 面 , 開 口 位 於 上 方 時 , 通 風 因 子 越 小 , 熱 量 容 易 累 積 在 侷 限 空 間中 , 造 成 2/3 及 1/2 開 之 熱 釋 放 率 、 天 花 板 溫 度 及 地 板 熱 通 量 會 高 於 全 開 開 口 ;開 口 位 於 下 方 時 ,2/3 開 之 熱 釋 放 率 、 天 花 板 溫 度 及 地 板 熱 通 量 高 於 1/2 開 與 全93

開 。 燃 料 差 異 之 效 應 需 再 一 步 探 討 。4 開 口 數 目 對 燃 燒 之 影 響(1) 通 風 因 子 對 未 發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響單 開 口 實 驗 與 雙 開 口 實 驗 之 熱 釋 放 率 相 差 不 多 , 但 雙 開 口 伴 隨 較 強 冷 卻 效應 , 使 得 地 板 熱 通 量 及 天 花 板 溫 度 較 低 。(2) 通 風 因 子 對 發 生 閃 燃 現 象 燃 燒 之 影 響A、 通 風 因 子 對 閃 燃 前 燃 燒 之 影 響在 發 生 閃 燃 現 象 之 燃 燒 , 成 長 期 前 期 與 單 開 口 有 相 似 之 趨 勢 , 但 在 成 長 期 後期 則 不 同 。B、 通 風 因 子 對 閃 燃 時 燃 燒 之 影 響汽 油 方 面 , 前 後 開 口 因 煙 層 不 易 累 積 , 使 得 輻 射 熱 回 饋 情 形 較 差 且 熱 能 不 易蓄 積 在 侷 限 空 間 內 , 所 以 需 要 較 久 時 間 才 能 達 到 閃 燃 。 但 因 達 閃 燃 所 需 時 間 較久 , 燃 燒 時 間 較 長 , 造 成 其 實 驗 量 測 數 據 比 單 開 口 來 得 高 。 當 開 口 位 於 下 方 時 ,因 通 風 情 況 比 單 開 良 好 , 造 成 使 得 輻 射 熱 回 饋 情 形 差 且 熱 量 不 易 累 積 , 再 加 上 門楣 的 阻 擋 , 造 成 無 閃 燃 現 象 發 生 。異 丙 醇 方 面 , 當 開 口 位 於 上 方 時 , 單 開 口 與 雙 開 口 差 異 不 大 ; 當 開 口 位 於 下方 時 , 因 熱 量 不 易 累 積 , 造 成 閃 燃 發 生 時 間 較 晚 , 但 燃 燒 時 間 較 長 使 得 量 測 實 驗數 據 較 高 。C、 通 風 因 子 對 閃 燃 後 燃 燒 之 影 響開 口 位 於 上 方 時 , 單 開 口 汽 油 實 驗 與 雙 開 口 汽 油 實 驗 之 熱 釋 放 率 與 質 量 損 失率 相 近 , 兩 者 燃 燒 效 率 差 不 多 。 但 雙 開 口 汽 油 實 驗 通 風 量 較 高 , 伴 隨 之 冷 卻 效 應較 強 , 使 得 天 花 板 溫 度 及 地 板 熱 通 量 低 於 單 開 口 汽 油 。在 異 丙 醇 方 面 , 開 口 位 於 上 方 時 , 單 開 口 與 雙 開 口 差 異 不 大 ; 開 口 位 於 下 方時 , 單 開 口 全 開 與 雙 開 口 全 開 差 異 不 大 , 但 在 2/3 開 及 1/2 開 時 , 雙 開 口 之 實 驗數 值 皆 高 於 單 開 口 。5 雙 開 口 位 置 對 燃 燒 之 影 響比 較 前 後 雙 開 口 實 驗 與 前 側 雙 開 口 實 驗 , 發 現 彼 此 差 異 不 大 。 表 示 開 口 高 度及 大 小 會 對 燃 燒 造 成 影 響 , 但 開 口 位 置 則 較 無 影 響 。6 未 來 研 究 建 議上 述 實 驗 大 多 只 針 對 現 象 及 原 因 進 行 探 討 , 並 無 具 體 化 之 結 論 或 實 驗 方 程式 , 還 需 進 一 步 之 研 究 。 而 針 對 目 前 住 宅 形 式 還 包 含 許 多 種 類 , 包 含 門 + 窗 、 多門 + 多 窗 、 甚 至 是 包 括 天 窗 之 形 式 , 所 以 針 對 通 風 模 式 還 有 許 多 研 究 空 間 , 值 得深 入 去 探 討 。94

參 考 文 獻[1] D. Drysdale, An Introduction to Fire Dynamics, Second Edition, John Wiley andSons, 1998, p. 293.[2] K.-C. Tsai and H.-H. Chen, accepted, J. Hazard. Mater.[3] ISO 9705, Fire tests-full-scale room test for surface products, ISO, Geneva, 1996[4] R. Peacock, P. Reneke, R. Bukowski and V. Babrauskas, Fire Safety J. 32 (1999)331-345.[5] V. Babrauskas, R. Peacock and P. Reneke, Fire Safety J.38 (2003) 613-622.[6] B. Hagglund, R. Jannson and B. Onnermark, Fire development in residentialrooms after ignition from nuclear explosions, FOA C 20016-DG (A3), ForsvaretsForskningsanstalt, Stockholm, 1974.[7] P. Thomas, Fire and Mater. 5 (1981) 103-111.[8] B.J. McCaffrey, J.G. Quintiere and M.F. Harkleroad, Fire Tech. 17(2) (1981)98-119.[9] P.H. Thomas, M.L. Bullen, J.G. Quintiere, B.J. McCaffrey, Combust. Flame, 38(1980) 159.[10]Mulholl G.W.,”Somke production and properties”, The SFPE Handbook of FireProtection Engineering 2nd Edition, Section 2/chapter 15, 1995.[11] S.R. Bishop, P.G. Holborn, A.N. Beard, D.D. Drysdale, Fire Safety J. 21 (1993)11-45.[12] P.G. Holborn, S.R. Bishop, D.D. Drysdale, A.N. Beard, Fire Safety J. 21 (1993)257-266.[13] T.L. Graham, G.M. Makhviladze, J.P. Roberts, Fire Safety J. 25 (1995) 229-259.[14] T.L. Graham, G.M. Makhviladze, J.P. Roberts, Fire Safety J. 32 (1999) 35-60.[15] W.W. Yuen, W.K. Chow, In. J. Heat Mass Tran. 47 (2004) 4265-4276.[16] A. Beard, Fire Safety J. 36 (2001) 25-36[17] A. Beard, J. of Fire Sci. 21 (2003) 267-284.[18] Hasemi, Fire Sci. Tech., 1 (1982) 1-16.[19] S.B. Martin, S.J. Wiersma, An experimental study of flashover criteria forcompartment fires, Final report, Products Resaerch Committee PRC No. P-77-3-1,Stanford Research Institute, International Project No. PYC 6496, 1979[20]Kawagoe K., ”Fire behaviour in room”, Report No. 27, Building ResearchInstitute, Tokyo, 1958.[21] Thomas I.R., Ian D.B., “Fires in enclosures with single ventilationopenings-comparison of long and wide enclosures”, International Association for FireSafety Science Sixth Symposium, 1999, in press.[22]Pretrel H., Querre P., Forestier M., “Experimental study of burning rate behaviourin confined and ventilated fire compartments”, Fire Safety Science -- Proceedings of95

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1189-1194,1999. ISBN 0-9532312-1-6.[54] Himmoto K., Tsuchihashi T., Tanaka Y., Tanaka T., “Modeling thermal behaviorsof window flame ejected from a fire compartment Fire Safety Journal 44 (2009)230-240.[55] Yii, E. H.; Buchanan, A. H.; Fleischmann C. M. “Simulating the effects of fueltype and geometry on post-flashover fire temperatures”, Fire Safety Science 41 (2006)62-75.[56] Weng W.G., Fan W.C., Yang L.Z., Song H., Deng Z.H., Qin J.; Liao G.X.,“Experimental study of back-draft in a compartment with openings of differentgeometries”, Combustion and Flame, Volume 132, Number 4, March 2003 , pp.709-714(6).[57] Kumar R., Naveen M., “An experimental fire in compartment with dual vent onopposite walls” ,Combustion Science and Technology, Vol.179, No.8, 1527-1547[58] Kumar R., Naveen M., “Compartment Fires :CALTREE and Cross-Ventilation”Combustion Science and Technology, Volume 179 , pp. 1549-1567(19).[59] Meric B., Vandevelde P., “Experimental study of natural roof ventilation infull-scale enclosure fire tests in a small compartment”, Fire SafetyJournal, Vol. 42, p. 523, 2007.[60] Appendix C, P.J. DiNenno, D. Drysdale, C. Beyler, W.D. Walton, R. Custer, J.Hall, J. Watts (Eds.), SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, SFPE, 2002, p.A-34.98

附 錄國 科 會 補 助 專 題 研 究 計 畫 成 果 報 告 自 評 表附 錄 1請 就 研 究 內 容 與 原 計 畫 相 符 程 度 、 達 成 預 期 目 標 情 況 、 研 究 成 果 之 學 術 或 應 用 價值 ( 簡 要 敘 述 成 果 所 代 表 之 意 義 、 價 值 、 影 響 或 進 一 步 發 展 之 可 能 性 )、 是 否 適合 在 學 術 期 刊 發 表 或 申 請 專 利 、 主 要 發 現 或 其 他 有 關 價 值 等 , 作 一 綜 合 評 估 。1. 請 就 研 究 內 容 與 原 計 畫 相 符 程 度 、 達 成 預 期 目 標 情 況 作 一 綜 合 評 估■ 達 成 目 標□ 未 達 成 目 標 ( 請 說 明 , 以 100 字 為 限 )□ 實 驗 失 敗□ 因 故 實 驗 中 斷□ 其 他 原 因說 明 :2. 研 究 成 果 在 學 術 期 刊 發 表 或 申 請 專 利 等 情 形 :論 文 :■ 已 發 表 □ 未 發 表 之 文 稿 □ 撰 寫 中 □ 無專 利 :□ 已 獲 得 □ 申 請 中 ■ 無技 轉 :□ 已 技 轉 □ 洽 談 中 ■ 無其 他 :( 以 100 字 為 限 )99

3. 請 依 學 術 成 就 、 技 術 創 新 、 社 會 影 響 等 方 面 , 評 估 研 究 成 果 之 學 術 或 應 用 價值 ( 簡 要 敘 述 成 果 所 代 表 之 意 義 、 價 值 、 影 響 或 進 一 步 發 展 之 可 能 性 )( 以500 字 為 限 )本 研 究 結 果 一 部 分 以 口 頭 發 表 發 表 於 國 際 燃 燒 學 會 期 刊 (Clarifying themechanism of flashover from the view of unburned fuel volatiles and secondaryfuels), 本 研 究 探 討 火 災 學 中 一 個 最 危 險 的 現 象 : 閃 燃 (flashover), 澄 清 閃 燃(flashover) 之 一 重 要 性 質 , 因 許 多 閃 燃 定 義 易 將 閃 燃 視 為 「 預 混 燃 燒 」(premixed combustion), 藉 由 本 實 驗 研 究 發 現 閃 燃 並 不 屬 於 預 混 燃 燒 (premixedcombustion), 且 未 燃 的 可 燃 性 蒸 氣 及 第 二 可 燃 物 並 非 閃 燃 之 必 要 條 件 , 熱 不穩 定 性 (thermal instability) 為 閃 燃 之 唯 一 定 義 , 此 成 果 在 學 術 上 極 有 價 值 。本 研 究 另 一 成 果 以 海 報 型 式 發 表 在 第 三 十 三 屆 燃 燒 學 會 國 際 研 討 會(Study of flashover in a fire compartment with a window-like or a door-likeopening), 研 究 結 果 顯 示 在 不 同 開 口 模 式 ( 門 或 窗 ) 下 , 火 焰 竄 出 門 口 為 閃 燃 判定 基 準 。 因 火 焰 竄 出 門 口 為 熱 不 穩 定 性 所 產 生 之 現 象 , 且 開 口 模 式 會 對 閃 燃時 間 及 閃 燃 後 所 伴 隨 的 現 象 造 成 差 異 , 此 成 果 不 僅 具 學 術 價 值 , 更 對 今 後 侷限 空 間 火 災 危 害 提 供 設 計 之 參 考 , 若 火 災 發 生 於 窗 型 式 侷 限 空 間 中 , 閃 燃 會較 早 發 生 , 但 其 危 害 程 度 較 低 , 尤 其 在 消 防 設 計 目 前 倡 導 「 性 能 式 設 計 」 的概 念 下 , 閃 燃 危 害 之 預 防 不 單 以 發 生 與 否 作 為 唯 一 基 準 , 其 嚴 重 程 度 之 考 量將 使 以 風 險 為 本 之 性 能 設 計 更 符 防 火 及 災 損 控 制 之 需 求 。100

Available online at www.sciencedirect.comProceedings of the Combustion Institute 33 (2011) 2649–2656Proceedingsof theCombustionInstitutewww.elsevier.com/locate/prociClarifying the mechanism of flashover from the viewof unburned fuel volatiles and secondary fuelsKuang-Chung Tsai * , Wei-Ting ChungDepartment of Safety, Health and Environmental Engineering,National Kaohsiung First University ofScience and Technology, 2 Juoyue Road, Nantzu, Kaohsiung 811, TaiwanAvailable online 9 August 2010AbstractSeveral definitions of flashover exist. According to thermal theory, flashover occurs because of thermal instabilityin the upper hot layer of a fire compartment. The upper layer is particularly important. Practically andvisually, flashover is identified by the exiting of a flame from a doorway. The ignition of unburned fuel volatilesin a fire compartment is highlighted. This definition of flashover may imply a premixed flame and the necessity ofsufficient fuel volatiles. Alternatively, flashover is identified as the ignition of secondary fuels. This definitionconcerns secondary fuels. The aforementioned definitions are based on different physical and chemical processesthat are involved in flashover and accentuate different items, such as hot layer, unburned volatiles andsecondary fuels. The practical relevance of the flashover theory and the practical methods to identify flashoverhave not been elucidated adequately. This study utilizes an experimental compartment in which ignited fuelexists without or with a secondary fuel, to clarify the necessity of sufficient fuel volatiles and secondary fuelsfor flashover. The length of the compartment was one-third of the length of an ISO 9705 test chamber. The fuelwas gasoline and iso-propanol, which was poured in pans with diameters from 19 to 30 cm. In the beginning ofthe experiments, only the first fuel was ignited. The secondary fuel, if presented, received heat and released volatiles.If the criterion of premixed flame applies, then the time to flashover in the experiments with a secondaryfuel should differ from that in the experiments without a secondary fuel. Throughout the experiments, mass lossrate of fuels was recorded. The results indicated that the times to flashover without a secondary fuel approximatelyequaled with a secondary fuel. Therefore, only thermal instability is responsible for flashover.Ó 2010 The Combustion Institute. Published by Elsevier Inc. All rights reserved.Keywords: Flashover; Volatiles; Compartment fire1. IntroductionFlashover is a significant phenomenon during thegrowth of fires within confined spaces and is indicativeof conditions that cause severe injury and death[1]. Due to the fire hazard involved by flashover,* Corresponding author. Fax: +886 76011061.E-mail address: tsaikc@ccms.nkfust.edu.tw (K.-C.Tsai),many studies [2–9] have investigated this phenomenon.However, flashover is a complex phenomenon,and so several definitions of it exist. This study seeksto clarify the mechanism of flashover with referenceto unburned fuel volatiles and secondary fuels.1.1. Flashover phenomenonAfter ignition, a fire may grow by increasingthe area and rate of burning of the first itemignited, and by the ignition of secondary fuels.1540-7489/$ - see front matter Ó 2010 The Combustion Institute. Published by Elsevier Inc. All rights reserved.doi:10.1016/j.proci.2010.06.048

2650 K.-C. Tsai, W.-T. Chung / Proceedings of the Combustion Institute 33 (2011) 2649–2656During this process, hot, smoky gas, typically generatedby flames, rises and forms a smoke layerunder the ceiling. Additionally, the heat that isgenerated by the flames, the smoke layer and thehot surfaces increases the temperature of all combustibleitems in a compartment, increasing theamount of vaporized fuel. Some of these volatilesare burned by the fire. Other unburned gases andvolatiles are released into the environment; mostof these become trapped in the smoke layer [2].As a result, heat that radiates from the flames,the smoke layer, hot surfaces and other combustiblematerials may cause all combustible items in acompartment to ignite simultaneously. This phenomenon,called flashover, is considered thetransition from a localized fire to a general conflagrationwithin a compartment, during which allfuel surfaces burn [1]. When flashover occurs,unburned gases and volatiles ignite suddenly. Atroughly the same time, flames typically emergefrom fire room to windows and other openings.Some quantitative definitions of flashover havebeen presented. Peacock et al. [3] summarized thetemperature and heat flux at flashover obtained inmany earlier studies. Most of these studies appliedfull-scale tests with compartments that weresimilar in size to the ISO 9705 test chamber [4](3.64 m 2.43 m 2.43 m). A ceiling temperaturethreshold of 600 °C and a floor heat flux thresholdof 20 kW/m 2 were determined. Additionally,Babrauskas et al. [3,5], who analyzed data from severalISO 9705 room tests, found that the heat releaserates (HRRs) during flashover are 1975 ± 1060 kW.A HRR of 1 MW is the minimum rate needed forflashover for this ISO compartment. Moreover,the p required HRR is related to a ventilation factorAffiffih [6–8]. Babrauskas’s correlation [9] (Eq. (1)) isone example of such a finding. Tsai and Chen [2]demonstrated a clear relationship between HRR atflashover and time to flashover. High HRRs arerequired to cause flashover during the early stageof a fire.p_Q ¼ 750Affiffihð1Þwhere _Q is the minimum HRR that is needed tocause flashover, and A and h are vent area andheight, respectively. Notably, temperature, heatflux and heat release rate are associated with the onsetof flashover but can only be used as predictiveindicators when reliable prediction tools are available.The temperature threshold of 600 °C, the heatflux threshold of 20 kW/m 2 and the HRR thresholdof 1 MW are for design use and not proper to identifyflashover onset in experiments.Furthermore, Thomas et al. [9] pioneered, andseveral investigators [10–17] developed, the ideaof flashover as a case of thermal instability withina compartment, by considering the energy balanceof the hot layer at the ceiling. As a fire grows, therates of generation and loss of heat change, reachinga critical stage in which any slight increase inthe burning rate causes a substantial jump in bothtemperature and burning rate. The equation ofenergy conservation takes the form of a heat balanceequation [13]:dTmC pdt ¼ G L ð2Þwhose the left side is the rate of change of internalenergy of the hot layer; t is time, T is the temperatureof the smoke/hot zone; m is the total mass ofthe hot layer and C p is specific heat capacity. Onthe right-hand side of Eq. (2), G and L are thenet rates of heat gained by and heat lost fromthe hot zone, respectively [13]. In related studies[10–17], Semenov’s diagram associated with classicalthermal explosion theory has been applied tosolve the condition of balance between the gainfunction, G, and the loss function, L. Notably,the intermediate solution of quasi-steady behavioris unsteady and any small perturbation results in alarge change in temperature. A critical temperaturefor flashover is obtained when a critical conditionis met.1.2. Effects of unburned volatiles and secondaryfuels in a fire compartmentBased on observations of flashover and firegrowth, described above, several definitions offlashover have been proposed. Drysdale [1] listedthe most common of them.(1) Transition from a localized fire to a generalconflagration within the compartment.(2) Transition from a fuel-controlled fire to aventilation controlled fire.(3) Sudden propagation of flame throughunburned gases and vapors collected underthe ceiling.The first definition is based on the involvementof all combustible items during flashover. Martinand Wiersma [18] pointed out that (2) is the resultof (1) and is not a fundamental definition. Thethird definition is based partly on an observationthat flames often emerge from openings at aroundthe time full room involvement commences [1].Thomas’ theory of thermal instability [9] explainsthe mechanism of sudden propagation.Based on the above definitions, several practicalindicators have been established. Based on definition(1), which concerns the involvement of allfuels, the ignition of newspaper or other secondaryfuels has been developed as an indicator. Based ondefinition (3), which concerns the sudden propagationof flames, the exiting of flame from a doorwayhas been developed as another indicator. However,definition (3) seems to imply premixed flames [1]and a need for sufficient fuel volatiles. Therefore,

K.-C. Tsai, W.-T. Chung / Proceedings of the Combustion Institute 33 (2011) 2649–2656 2651these definitions characterize different physical andchemical processes that are involved in flashoverand emphasize different items in a compartment.The relevance of the flashover theory, i.e. thermalinstability, and visual identifications of flashover,involving the ignition of newspaper and the exitingof flames from doorways, has not been clarifiedadequately. In this study, a series of experimentswas designed to elucidate systematically the rolesof unburned volatiles and secondary fuels in theonset of flashover.2. Experimental designIn this experimental study, two groups of compartmentfires were compared: one group involvedonly the initially ignited fuel whereas the otherinvolved an ignited fuel and a secondary fuel. Inthe beginning of each experiment, the first ignitedfuel started to burn. The secondary fuel, if present,received heat and released volatiles into thecompartment. Unburned fuel volatiles were thereforesimulated. Parameters of interest includedtime to flashover, mass loss rate of the first ignitedand secondary fuels, temperature inside the compartmentand heat flux on the floor. Flashoverwas identified by the exiting of flames from adoorway and by the ignition of the secondary fuel.Figure 1 schematically depicts the experimentalcompartment. The size of the compartment wasone-third of that of an ISO 9705 test chamber[4]. Fireproof cotton was used to line the innerwalls and ceiling to reduce heat loss. A thermocoupletree, three thermocouples and a heat fluxmeter were installed as shown in Fig. 1. The intervalof thermocouples in the thermocouple tree was10 cm and the other thermocouples were located1 cm below the ceiling. The thermocouple-c wasset up above the secondary fuel.Gasoline and iso-propanol were adopted torepresent fuels with different levels of sootiness.Some other important properties of the fuels areas follows. [19] Gasoline has a latent heat of338.9 kJ/kg and heat of combustion of 44.1 MJ/kg; the corresponding values for iso-propanolare 664.8 kJ/kg and 30.45 MJ/kg. The liquid fuelwas poured into circular pans with the diameterslisted in Table 1 to produce fires with differentHRRs. This range of diameters was used in atleast two flashover tests and one test withoutflashover. Mass loss rate of fuel in each fuel panwas measured using a load cell (with an accuracyof 1 g). Notably, in one test, only one fuel waspoured into both the first ignited fuel pan andthe secondary fuel pan and the depth of the fuelsthat were poured into pans was fixed at 2 cm.3. Experimental resultsTable 2 lists the measured times to flashover inall tests. The time to flashover in the compartmentsthat contained only the first ignited fuelwas similar to that in those that contained botha first ignited fuel and a secondary fuel. In addition,the flames exited before the secondary fuelsignited. Results for groups without and with flashoverare discussed. Notably, for convenience, thefuel pans were named using a number (1 or 2)and a letter (A or B). The number represents thenumber of fuel pans; “A” denotes the pan thatcontained the first ignited fuels and “B” representsthe secondary fuels. Therefore, “2-A” representsthe pan that contained the first ignited fuel fromtwo fuel pans.3.1. Gasoline test without flashoverFigure 2 plots the mass loss rate of gasoline inpans with a diameter of 19 cm with or without asecondary fuel of gasoline in a 19-cm diameterpan. The mass loss rates of the first ignited fuels(2-A and 1-A) were similar for the first 60 s andthe mass loss rate of 2-A was higher than that of1-A after 60 s. Additionally, the secondary fuel(2-B) started to release volatiles at around 40 s.The volatiles that were released from 2-B wereinvolved in the burning of 2-A and generated alarger fire. The larger fire fed back more heat tofuel 2-A, accelerating its burning. The temperaturesnear ceiling at two corners and above thesecondary fuel (not shown), the temperatures atthe doorway (not shown) and the heat flux onFig. 1. Experimental set up.Table 1Diameter of fuel pans.First ignitedfuel (cm)Gasoline 19, 22.5 and 26 19Iso-propanol 19, 22.5, 26 and 30 19Secondaryfuel (cm)

2652 K.-C. Tsai, W.-T. Chung / Proceedings of the Combustion Institute 33 (2011) 2649–2656Table 2Measurements of time to flashover of all tests.FuelDiameter of firstignited fuel pan (cm)Diameter of secondaryfuel pan (cm)Time to flashover (s)Exiting flamefrom doorwayIgnition ofsecondary fuelGasoline 26 19 21 ± 4 33 ± 3– 26±6 –22.5 19 100 ± 15 114 ± 10– 87±7 –19 19 No flashover No flashover– No flashover –Iso-propanol 30 19 84 ± 8 106 ± 17– 65±4 –26 19 182 ± 17 203 ± 18– 181 ± 10 –22.5 19 No flashover No flashover– No flashover –19 19 No flashover No flashover– No flashover –Fig. 2. Mass loss rate of gasoline in pans with adiameter of 19 cm with or without a secondary fuel ofgasoline in pans with diameters of 19 cm. “2” means twofuel pans, “1” represents one fuel pan, “A” denotes thefirst ignited fuel and “B” represents a secondary fuel.floor (not shown) were higher after 50 s with a secondaryfuel than without a secondary fuel. Theobserved temperature and heat flux were consistentwith the mass loss rate.3.2. Gasoline tests with flashoverFlashover occurred in gasoline tests in fuelpans with diameters of 22.5 and 26 cm. Figure 3plots the mass loss rate of gasoline in pans witha diameter of 22.5 cm with or without a secondaryfuel of gasoline in pans with a diameter of 19 cm.Before flashover, the mass loss rates of fuels 2-Aand 1-A were similar. After flashover, the massloss rate of 2-A exceeded that of 1-A. The highermass loss rate of 2-A results from the involvementFig. 3. Mass loss rate of gasoline in pans with diametersof 22.5 cm with or without a secondary gasoline fuel inpans with diameters of 19 cm. “2” means two fuel pans,“1” represents one fuel pan, “A” denotes the first ignitedfuel and “B” represents a secondary fuel. “j”and “N”highlight the time to flashover when a flame exited fromthe doorway and the ignition of the secondary fuel.of volatiles that were released from 2-B and intothe burning of 2-A. These volatiles increased theamount of heat generated, such that more heatwas fed back to fuel 2-A. Additionally, Fig. 4plots the temperatures near ceiling at two cornersand above the secondary fuel without and with asecondary fuel. Figure 5 plots the heat fluxhistories of the tests without and with a secondaryfuel. Similarly, before flashover, the differencesbetween the temperatures and the heat fluxes of2-A and 1-A were very small whereas afterflashover, the temperatures and heat fluxes of2-A exceeded those of 1-A. Furthermore, theobservations made in the tests using the 26-cm

K.-C. Tsai, W.-T. Chung / Proceedings of the Combustion Institute 33 (2011) 2649–2656 2653very similar throughout the experiment. Additionally,the secondary fuel (2-B) released only a fewvolatiles. Although they did participate in theburning of 2-A, a larger fire was not generatedand any extra heat feedback to fuel 2-A was notsignificant. The temperatures near the ceiling attwo corners and above the secondary fuel (notshown), the temperatures at doorway (not shown)and the heat fluxes on floor (not shown) with asecondary fuel were very similar to those without.3.4. Iso-propanol tests with flashoverFig. 4. Temperatures near ceiling at two corners andabove the secondary fuel without and with the secondaryfuel. The diameter of the pan for the first ignited fuel was22.5 cm and that of the secondary one was 19 cm. “2”means two fuel pans, “1” represents one fuel pan, “a”,“b” and “c” denote positions of thermocouples (seeFig. 1).diameter pans of fuels were consistent with thoseusing 22.5-cm diameter pans of fuels.3.3. Iso-propanol tests without flashoverThe mass loss rates of the first ignited fuels (2-A and 1-A), iso-propanol, in pans with a diameterof 19 cm, with and without a secondary iso-propanolfuel in pans with a diameter of 19 cm wereFlashover was observed in iso-propanol testsin fuel pans with diameters of 26 and 30 cm.Figure 6 plots the mass loss rate of iso-propanolin pans with a diameter of 26 cm in with and withoutsecondary iso-propanol fuel in pans with adiameter of 19 cm. Before flashover, the mass lossrates of fuels 2-A and 1-A were similar for the first150 s but that of 2-A exceeded that of 1-A thereafter.After flashover, the mass loss rate of 2-Awas also higher than that of 1-A. The higher massloss rate of 2-A results from the participation ofvolatiles that were released from 2-B to the burningof 2-A. The involvement of volatiles generatedmore heat, such that more heat was then fed backto the fuel 2-A. Additionally, before flashover, thedifferences in the temperatures and heat fluxeswere very small and flashover did not significantlychange the temperature or heat flux. The observationsmade in the tests with the fuel pans with adiameter of 30 cm were consistent with thosemade with the fuel pans with a diameter of 26 cm.Fig. 5. Heat flux on the floor of gasoline in pans of22.5 cm in diameter with or without a secondarygasoline fuel in 19-cm diameter pans. “2” means twofuel pans, “1” represents one fuel pan, “A” denotes thefirst ignited fuel and “B” represents the secondary fuel.“j”and “N” highlight the time to flashover when aflame exited from the doorway and the ignition of thesecondary fuel.Fig. 6. Mass loss rate of iso-propanol in pans withdiameters of 26 cm with or without a secondary isopropanolfuel in 19-cm diameter pans. “2” means twofuel pans, “1” represents one fuel pan, “A” denotes thefirst ignited fuel and “B” represents the secondary fuel.“j”and “N” highlight the time to flashover when aflame exited from the doorway and the ignition of thesecondary fuel.

2654 K.-C. Tsai, W.-T. Chung / Proceedings of the Combustion Institute 33 (2011) 2649–2656Table 3Mass loss rate, ceiling temperature and heat flux at steady state (200 s) for fires without flashover.FuelDiameterof firstignitedfuel pan(cm)Diameter ofsecondaryfuel pan (cm)Mass lossrate offirst ignitedfuelCeiling temperature (°C)a b cHeat flux(kW/m 2 )Gasoline 19 19 1.38 ± 0.21 621.7 ± 47.7 500.4 ± 34.4 557.2 ± 43.7 21.6 ± 5.8– 0.82 ± 0.10 485.2 ± 20.5 405.2 ± 25.3 446.6 ± 30.2 14.7 ± 2.6Iso-propanol 22.5 19 0.80 ± 0.12 417.2 ± 16.2 356.6 ± 2.6 388.5 ± 3.3 9.3 ± 0.5– 0.86 ± 0.08 441.9 ± 14.3 390.0 ± 12.5 425.5 ± 18.4 11.1 ± 0.419 19 0.54 ± 0.04 339.7 ± 19.5 288.3 ± 17.2 309.5 ± 16.8 6.5 ± 0.6– 0.54 ± 0.05 355.5 ± 12.3 316.9 ± 19.2 337.5 ± 18.3 7.6 ± 1.24. Discussion4.1. Fires without flashoverFor fires without flashover, a short growingperiod was followed by a steady state. Table 3 displayedinformation on the steady state of all thefires during which flashover did not occur. Whena secondary fuel was present, the mass loss rateof the first ignited fuel, the ceiling temperatureand the heat flux at the floor were higher for gasolinefires than when it was not present, but similarfor iso-propanol fires, perhaps because of thematerial properties of the fuels. The followingequation describes the heat release.Q_Q ¼ _mDH c ¼ _ a_Q LDH cð3ÞLwhere _Q is the heat release rate; _m is the mass lossrate of fuel; DH c is the heat of combustion; _Q a isthe rate at which heat is received; _Q L is the rateat which heat is lost and L is the latent heat ofthe fuel. The latent heat of iso-propanol exceedsthat of gasoline but its heat of combustion is lower.When iso-propanol is ignited, the heat releaserate is less than that of gasoline. Therefore, the increaseof heat release from iso-propanol uponflashover was not significant.4.2. Fires with flashoverIn this study, flashover was identified when aflame exited from the doorway and secondary fuelwas ignited. Tables 4 and 5 present the ceilingtemperature and the heat flux on the floor at flashover,which are two commonly used indicators offlashover. The ceiling temperature and heat flux atflashover were lower when flashover was identifiedby the exiting of flames through the doorway.Lower values of these parameters were associatedwere because flame exiting from doorwayoccurred earlier than ignition of secondary fuel.For both gasoline and iso-propanol fires, the ceilingtemperature and heat flux at flashover weregenerally significantly higher when a secondaryfuel was present than when it was not. Therefore,a secondary fuel helped to release fuel volatiles.When flashover occurred, the volatiles that hadnot burned and remained inside the fire compartmentbefore flashover started to burn. Theincrease in the amount of volatiles increased theceiling temperatures and heat fluxes on the floor.4.3. Clarifying flashover mechanism with referenceto unburned fuel volatiles and secondary fuelsFrom the observations of time to ignition, ceilingtemperature and heat flux on floor, the timeto flashover was not shorter for fires with a secondaryfuel, although the ceiling temperature and theheat flux were higher. Hence, a larger amount ofvolatiles did not promote flashover. This resultreveals that flashover does not require a particularamount of volatiles. A premixed flame that requiressufficient volatiles does not stand. The misunderstandingthat a premixed flame is required toachieve flashover is corrected. Additionally, a secondaryfuel is not necessary for flashover. The definition,“all items burn,” for flashover, does notapply to a compartment that contains only a combustibleitem. If a secondary fuel exists, then thesecondary fuel contributes to flashover by providingheat. Unburned volatiles that are released froma secondary fuel do not influence the time to flashoveralthough they may increase the temperature,heat flux on the floor at flashover.5. ConclusionsThis experimental study clarified the need for apremixed flame to achieve flashover. A compartmentin which a first ignited fuel was present withoutand with a secondary fuel was utilized. Thesecondary fuel released volatiles before flashover.The time to flashover, mass loss rate, ceiling temperatureand heat flux on the floor were measuredin all cases. The data showed that the time toflashover for fires without a secondary fuel was

Table 4Ceiling temperature and heat flux on floor when secondary fuel was ignited.FuelDiameter of firstignited fuel pan (cm)Diameter of secondaryfuel pan (cm)Time of ignition ofsecondary fuelCeiling temperature (°C) Heat flux (kW/m 2 )a b cGasoline 26 19 33 ± 3 765.1 ± 39.3 630.6 ± 51.9 772.2 ± 28.9 56.7 ± 0.8– – 684.7 ± 10.0 616.3 ± 11.9 721.4 ± 36.5 49.1 ± 3.422.5 19 114 ± 7 766.9 ± 12.4 661.4 ± 10.9 738.5 ± 17.9 39.1 ± 3.3– – 671.4 ± 10.2 596.5 ± 9.8 677.0 ± 15.8 31.3 ± 2.1Iso-propanol 30 19 106 ± 6 759.7 ± 0.8 646.8 ± 25.2 765.5 ± 12.6 44.1 ± 0.3– – 664.5 ± 13.1 596.8 ± 1.8 719.8 ± 2.9 30.3 ± 0.426 19 203 ± 18 784.1 ± 29.6 636.5 ± 3.5 699.8 ± 1.3 34.5 ± 2.1– – 761.7 ± 31.1 618.2 ± 4.3 655.8 ± 5.8 30.0 ± 2.5Table 5Ceiling temperature and heat flux on floor when flame exited from doorway.FuelDiameter of firstignited fuel pan (cm)Diameter of secondaryfuel pan (cm)Time of flame exitingfrom doorwayCeiling temperature (°C) Heat flux (kW/m 2 )a b cGasoline 26 19 21 ± 4 596.5 ± 4.7 530.8 ± 6.8 562.3 ± 22.8 30.8 ± 0.3– 26 ± 6 520.0 ± 13.1 445.1 ± 6.4 503.0 ± 98.7 29.1 ± 1.522.5 19 100 ± 15 751.0 ± 28.3 644.4 ± 27.9 723.9 ± 32.5 34.1 ± 1.6– 87 ± 7 610.8 ± 15.9 534.0 ± 22.8 625.3 ± 30.1 27.3 ± 2.2Iso-propanol 30 19 84 ± 8 717.3 ± 23.1 573.8 ± 24.0 681.3 ± 28.6 29.9 ± 3.0– 65 ± 4 580.3 ± 2.5 510.2 ± 0.1 639.1 ± 0.5 21.1 ± 0.126 19 182 ± 17 744.7 ± 42.5 589.38 ± 30.2 653.5 ± 36.2 28.3 ± 2.1– 181 ± 10 679.2 ± 18.9 556.0 ± 24.1 603.3 ± 25.8 21.9 ± 1.4K.-C. Tsai, W.-T. Chung / Proceedings of the Combustion Institute 33 (2011) 2649–2656 2655

2656 K.-C. Tsai, W.-T. Chung / Proceedings of the Combustion Institute 33 (2011) 2649–2656similar to that of those with a secondary fuel. Theincrease in the amount of volatiles, when they arereleased from a secondary fuel, did not promoteflashover. A premixed flame does not necessarilyindicate flashover.A secondary fuel increased the ceiling temperatureand heat flux after flashover. The additionalvolatiles formed upon flashover released moreheat than would otherwise have been released.AcknowledgmentsThe authors would like to appreciate NationalScience Council (Taiwan) for financial support underproject NSC 96-2221-E-327-015-MY3. TedKnoy is appreciated for his editorial assistance.References[1] D. Drysdale, An Introduction to Fire Dynamics,second ed., John Wiley and Sons, 1998, p. 293.[2] K.-C. Tsai, H.-H. Chen, J. Hazard. Mater. 178(2010) 123–129.[3] R. Peacock, P. Reneke, R. Bukowski, V. Babrauskas,Fire Saf. J. 32 (1999) 331–345.[4] ISO 9705, Fire Tests-Full-Scale Room Test forSurface Products, ISO, Geneva, 1996.[5] V. Babrauskas, R. Peacock, P. Reneke, Fire Saf. J.38 (2003) 613–622.[6] B. Hagglund, R. Jannson, B. Onnermark, FireDevelopment in Residential Rooms after Ignitionfrom Nuclear Explosions, FOA C 20016-DG (A3),Forsvarets Forskningsanstalt, Stockholm, 1974.[7] P. Thomas, Fire Mater. 5 (1981) 103–111.[8] B.J. McCaffrey, J.G. Quintiere, M.F. Harkleroad,Fire Technol. 17 (2) (1981) 98–119.[9] P.H. Thomas, M.L. Bullen, J.G. Quintiere, B.J.McCaffrey, Combust. Flame 38 (1980) 159.[10] S.R. Bishop, P.G. Holborn, A.N. Beard, D.D.Drysdale, Fire Saf. J. 21 (1993) 11–45.[11] P.G. Holborn, S.R. Bishop, D.D. Drysdale, A.N.Beard, Fire Saf. J. 21 (1993) 257–266.[12] T.L. Graham, G.M. Makhviladze, J.P. Roberts,Fire Saf. J. 25 (1995) 229–259.[13] T.L. Graham, G.M. Makhviladze, J.P. Roberts,Fire Saf. J. 32 (1999) 35–60.[14] W.W. Yuen, W.K. Chow, Int. J. Heat MassTransfer 47 (2004) 4265–4276.[15] A. Beard, Fire Saf. J. 36 (2001) 25–36.[16] A. Beard, J. Fire Sci. 21 (2003) 267–284.[17] Y. Hasemi, Fire Sci. Technol. 1 (1982) 1–16.[18] S.B. Martin, S.J. Wiersma, An Experimental Studyof Flashover Criteria for Compartment Fires, Finalreport, Products Research Committee PRC No. P-77-3-1, Stanford Research Institute, InternationalProject No. PYC 6496, 1979.[19] P.J. DiNenno, D. Drysdale, C. Beyler, et al. (Eds.),Appendix C, SFPE Handbook of Fire ProtectionEngineering, SFPE, 2002, p. A-34.

Journal of Hazardous Materials 178 (2010) 123–129Contents lists available at ScienceDirectJournal of Hazardous Materialsjournal homepage: www.elsevier.com/locate/jhazmatExperimental study of fuel sootiness effects on flashoverKuang-Chung Tsai ∗ , Hung-Hsiang ChenDept. of Safety, Health and Environmental Engineering, National Kaohsiung First University of Science and Technology, 2 Juoyue Road, Nantzu, Kaohsiung 811, TaiwanarticleinfoabstractArticle history:Received 14 July 2009Received in revised form 1 January 2010Accepted 9 January 2010Available online 20 January 2010Keywords:Fire hazardFuel sootinessFlashoverPrevious fire safety studies have demonstrated that flashover can result in severe injure and death andheat radiating back to a fuel is an important mechanism. Fuel sootiness dominates in radiative heattransfer. However, empirical correlations from previous investigations did not consider the fuel sootinessbut nevertheless generated reasonably good predictions of flashover. In this study, a series of experimentswas employed to examine fuel sootiness effects on flashover. The fuels used, in the order of their sootiness,were gasoline, n-hexane, iso-propanol and methanol. These fuels were filled in circular pans 100–320 mmin diameter to generate fires with different heat release rates and levels of sootiness. The pans were in 1/3the size of the ISO 9705 test chamber. After ignition, the heat release rate (HRR), temperature inside thechamber, as well as heat flux on the floor and time to flashover (t fo ) were determined. Experimental datashow that HRR at flashover and t fo were strongly corrected and their relationship was independent ofthe fuel burned. Although heat feedback to the floor increased as fuel sootiness increased, consequentlyenhancing the burning of sooty fuels, flashover occurs only when the HRR at flashover criterion is reached.© 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.1. IntroductionFlashover is an indicative of untenable conditions within a roomfire and of markedly increased risk to other rooms within a building[1]. Flashover can cause severe injure and death [2–6]. Due to thedangers posed by flashover, many studies have investigated thisphenomenon.1.1. The flashover phenomenonFlashover is a very phenomenon during fire growth and generallyoccurs within confined spaces [7]. After ignition, a fire maygrow by increasing the burning rate of the first item ignited, flamesspreading to increase the burning area, and ignition of secondaryfuels. During this process, hot, smoky gas, typically generated byflames, rises and forms a smoke layer at the ceiling, thereby increasingcompartment temperature, especially that of upper surfaces.As a result, heat radiating from hot surfaces, the smoky layer, andother combustible materials may cause all combustible items in anenclosure to ignite simultaneously. This phenomenon, flashover, isconsidered the transition from a localized fire to a general conflagrationwithin a compartment during which all fuel surfacesburn [7], resulting in a transition from a fuel-controlled fire to a∗ Corresponding author. Tel.: +886 7 6011000x2329; fax: +886 7 6011061.E-mail address: tsaikc@ccms.nkfust.edu.tw (K.-C. Tsai).ventilation-controlled fire. In addition, the heat generated by a fireand hot surfaces increase the temperature of all combustible itemsin a compartment, thereby increasing the amount of vaporized fuel.Some of these vapors are burned by a fire. Other unburned gases andvapors are released into the environment, most of which becometrapped by a compartment’s ceiling. When flashover occurs, theseunburned gases and vapors above the fuel beds ignite suddenly. Atroughly the time, flames typically emerge from windows and otheropenings.Clearly, fuel volatiles generated from the fuel bed have animportant role in flashover. Fuel bed heating dominates during theproduction of volatiles and the heat comes from the flame itself,hot surfaces in the upper part of an enclosure and hot combustionproducts trapped under a ceiling. Additionally, several studies haveshown that a large proportion of the substantial amount of heatis from hot smoky combustion products by radiation [7]. Hasemiet al. [8] indicated that the onset of flashover is caused by heatingof combustibles by smoky layer in their full-scale experiment.Orloff et al. [9], in their study of burning a polyurethane foam slab,predicted that the percentage of heat radiates from hot smokycombustion products was 85% although the relatively cooler lowerlayer generally absorbs radiating heat emitted from the hot, smokylayer. Cheung et al. [10] discussed the presence of soot radiation innumerical models, in addition to the radiation absorbed and emittedby combustion products, showing significant improvement ofnumerical predictions and better agreement with experimentaldata. The role of soot particles in fire growth is important.0304-3894/$ – see front matter © 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.doi:10.1016/j.jhazmat.2010.01.051

124 K.-C. Tsai, H.-H. Chen / Journal of Hazardous Materials 178 (2010) 123–129where ˙Q is the minimum HRR needed to produce flashover, and Aand h are vent area and height, respectively. Hägglund et al. [15],who obtained data using a two-zone model, suggested that theminimum HRR needed for flashover can be derived as( ) 3 1.2˙Q = 1050A TA T /A √ h + 0.247 (2)where A T is the total surface area in the compartment. Thomas [16]applied the same parameters but assumed that the radiation lossis estimated to be 1/6 of the effective total area, A T .√˙Q = 7.8A T + 378A h (3)Fig. 1. Effect of time to flashover on the HRR required for flashover [3].1.2. Working definitions of flashoverQualitative definitions of flashover are impractical when designingfire safety facilities; thus, quantitative definitions are needed.Babrauskas and co-workers [1,11] called these quantitative definitionsworking definitions of flashover.(i) Temperature and heat fluxPeacock et al. [1] summarized the determined temperature andheat flux at flashover from many previous studies. Most of thesestudies applied full-scale tests with compartments similar in sizeto the ISO 9705 test chamber [12] (3.64 m × 2.43 m × 2.43 m). Heseldenet al. [13] used a small 1-m high compartment. Flashoveronset was defined as flames exiting the compartment doorway orthe ignition of newspaper on the compartment floor. The latter definitionis based on the involvement of all combustible items duringflashover. A ceiling temperature criterion of 600 ◦ C and floor heatflux criterion of 20 kW/m 2 were determined. Meanwhile, a temperaturecriterion of 450 ◦ C was carried out in the study of Heseldenet al. [13].(ii) Heat release rate (HRR)Temperature and heat flux associate with flashover onset andcan only be regarded as predicting indicators when predictiontools are reliable. The heat release rate (HRR) is measured directlyfrom burning items and is easily estimated for specific fire scenarios.Babrauskas et al. [1,11], who analyzed data from severalISO 9705 room tests, showed that HRRs during flashover are1975 ± 1060 kW. In addition, a HRR of 1 MW is the minimum rateneeded for flashover.Fig. 1 demonstrates the relationship between HRR at flashoverand time to flashover, analyzed by Babrauskas et al. [11]. Experimentaldata are from four studies [11] using different burners toignite fires and different wall lining materials. Notably, high HRRsare required for flashover during the first 2 min of a fire.1.3. Criterion of minimum heat release rate to produce flashoverWhen designing fire safety facilities, applying lower bound estimatesof important parameters is both practical and conservative.Several investigations determined the minimum HRR needed toproduce flashover within a single compartment with a single doorlikevent. Babrauskas [14] identified a flashover criterion of HRRbased on a temperature increase of 575 ◦ C in an experimental combustionmodel.√˙Q = 750A h (1)McCaffrey et al. [17] applied regression analysis to data fromover 100 experiments, and demonstrated a correlation using aneffective heat transfer coefficient to ceilings/walls h k .√√˙Q = 740 h K A T A h (4)Moreover, several studies [7] have focused on the effects of ventilation,the thermal properties of wall lining materials and theaspect ratio of a compartment. The HRR required for flashoverincreases as the ventilation factor, A √ H, increases, for materialswith a high effective heat transfer coefficient, h K [18] and largecompartment aspect ratio [19].1.4. Theoretical analysis of zone models for predicting flashoverThomas et al. [20] pioneered to regard flashover a case ofthermal instability within a compartment, and developed a quasisteady-statefire model by considering the energy balance of thehot layer at the ceiling. As a fire grows, the rates of heat generationand loss will change and can reach a critical stage in whichany slight increase in the burning rate causes a substantial jump inboth temperature and the burning rate. Hasemi [21], Bishop et al.[22], Holborn et al. [23], Graham et al. [24,25], Yuen and Chow [26]analyzed the instability of non-linear models. Here, the argumentspresented by Graham et al. [24] are used in further discussion offlashover. The equation of energy conservation takes the form ofheat balance [24]:dTmC pdt = G − L (5)where the left side of Eq. (5) is the rate of change of internal energyof the hot layer, t is time, T is the smoke/hot zone temperature, mis the total mass of the hot layer and C p as specific heat capacity.On the right side of Eq. (5), G and L are the net rate of heat gain andloss, respectively, from the hot zone [24].A fG = h c [ ˙q ′′ + ˛U(T 4 − T 4 h 0 )] (6)vapwhere is combustion process efficiency, h c and h vap are combustionand vaporization heats of a solid fuel, respectively; A f is theburning area; ˙q ′′ is the incident heat flux for the fuel bed; ˛U is theradiation feedback coefficient from the hot layer and compartmentwalls at temperature T; is the Stefan–Boltzman constant; T 0 is theambient temperature. The rate of heat loss from the smoke layer isgiven [22] by( )L = 2 3 C d 0A v√2gH v′ T 01 − T0 C p(T − T 0)(1 − D) + [A U − (1 − D)A v]h c(T − T w)T T+(1 − D)A vh v(T − T 0) + ˛g[A U − (1 − D)A v](T 4 − T 4 w )+˛g[A L + (1 − D)A v − A f ](T 4 − T 4 0 ) + ˛gA f (T 4 − T 4 f ) (7)where C d is the discharge coefficient; g is the acceleration due togravity; h v and h c are the convective heat transfer constant for the

K.-C. Tsai, H.-H. Chen / Journal of Hazardous Materials 178 (2010) 123–129 125Table 1Time to ignition, HRR, heat flux and temperature measurements at flashover.Fuel Burning area (cm 2 ) Time to flashover (s) HRR at flashover (kW) Heat flux at flashover (kW/m 2 ) Temperature at the ceilingcenter at flashover ( ◦ C)Gasolinen-Hexaneiso-PropanolMethanol804 14 355 41.1 802.9476 26 182 56.5 858.6397 44 154 53.4 914.0283 76 133 44.1 834.8227 152 71 30.0 832.4177 a Not occur 35.7 14.5 591.3397 42 134 38.9 882.5283 60 124 37.8 859.9227 84 106 28.7 848.3177 190 84 38.3 948.0113 360 66 31.8 877.479 a Not occur 21.6 3.83 331.4804 37 97 23.3 896.6680 137 84 35.3 934.3624 180 78 28.4 866.7574 266 68 28.3 867.2478 718 62 25.7 703.9397 a Not occur 48.7 13.9 644.61608 46 150 24.9 889.71201 68 137 33.5 939.01087 84 100 27.2 932.81031 344 88 25.4 790.6983 860 67 25.9 843.9883 a Not occur 56.9 10.9 619.3a The HRR, heat flux and temperature are the maximum among non-flashover tests.vent and hot wall surfaces, respectively; A v , A U and A L are the surfaceareas of the vent, wall surrounding the smoke layer and thelower zone, respectively; D is the height fraction of the thermalinterface (thermal discontinuity plane) above the vent bottom andvent height; H ′ v is the vent part through which hot gas flows; 0is air density; T f and T w are the temperatures of the fuel and wallssurrounding the hot zone, respectively; and ˛g is the emissivity ofa gas layer. The last three items in Eq. (7) are the radiative heattransfer from the hot zone to the hot wall surfaces, cool zone andvent, and fuel bed areas, respectively. Clearly, ˛g and ˛U are relatedto fuel sootiness.In these studies [20–26], Semenov’s diagram of classical thermalexplosion theory was applied to find solutions for the balancecondition of curves of the gain function, G (Eq. (6)), and lossfunction, L (Eq. (7)). Notably, the intermediate solution of quasisteadybehavior is unsteady and any small perturbation results inlarge temperature changes. A critical temperature for flashover isobtained when a critical condition occurs.Fig. 2. Positions of thermocouples, thermocouple trees, total heat flux meter and fuel pans. The two pans with diameter of 320 mm were demonstrated as an example,generating 1608 cm 2 methanol fires.

126 K.-C. Tsai, H.-H. Chen / Journal of Hazardous Materials 178 (2010) 123–129Fig. 3. (a–f) Time histories of HRR, smoke production, total heat flux on the floor, temperatures near the opening, near a corner and below the ceiling of a 397 cm 2 gasolinetest.In the work by Yuen and Chow [26], the heat transfer fromcompartment walls, particulate concentration in the hot layerand ventilation opening size are demonstrated to be the primaryparameters that can lead to thermal instability and resultingflashover onset. Graham et al. [24] argued that the thermal inertiaof walls, the fire area, radiative heat flux from the upper zone to thefuel bed, and heat loss rate significantly impact the occurrence offlashover and the time needed to produce flashover.The mechanisms of flashover and their interactions areextremely complex. This study focuses on the effects of fuel sootiness.The theoretical investigations (Section 1.4) underline theimportance of q ˙ ′′ , ˛U and ˛g in Eqs. (5)–(7), which determine theintensity of radiation from a flame, hot layer and smoky combustionproducts trapped under a ceiling. Radiation intensity is governedby fuel sootiness [27]. Although empirical correlations identifiedby experimental studies do not consider fuel sootiness, the minimumHRR to produce flashover can still be reasonably determined.Therefore, the importance of fuel sootiness warrants further investigation.In this study, a series of experiments was designed tosystematically study the fuel sootiness effects.

K.-C. Tsai, H.-H. Chen / Journal of Hazardous Materials 178 (2010) 123–129 127Fig. 4. (a–f) Time histories of HRR, smoke production, total heat flux on the floor, temperatures near the opening, near the corner and below the ceiling of a 1608 cm 2methanol test.2. ExperimentalIn this study, an experimental compartment, 1/3 the size ofthe ISO 9705 test chamber, was used to systematically examinethe fuel sootiness effect. Fireproof cotton lined the inner wallsand ceiling to reduce heat loss. Liquid pool fires using gasoline,n-hexane, iso-propanol and methanol (in order of decreasing sootiness[28]) were used as they have flames with low absorptivity andcan be controlled by external combustion effect [29]. The liquidfuel was poured into circular pans with diameters of 100, 120, 150,170, 190, 225 and 320 mm to produce fires with different HRRsand sootiness levels. The diameter range was determined for atleast five flashover tests and one test without flashover. Table 1shows the fuel areas generated by one fuel pan or the combinationof two pans. Fig. 2 shows the positions of the fuel pans atthe 3/4 position on the floor relative to opening in the opposingwall, giving F1, F2 and F3. The F1 indicates the position whenonly one fuel pan was used and F2 and F3 shows the positionswhen two pans were used. This experimental design facilitatesdetermination of the lower bound values of important parameters.After ignition, this study determined the HRR, temperaturebelow the ceiling, near the opening and near a corner, heat fluxon the floor and time to flashover. The HRR was measured by anISO 9705 Room test facility [12]: the test chamber was positionedunder the hood of the ISO 9705 facility and the HRR was measuredaccording to oxygen consumption principle [7]. Furthermore, Fig. 2shows the positions of a total heat flux meter on the floor, five thermocouples10 cm below the ceiling and two thermocouples trees

128 K.-C. Tsai, H.-H. Chen / Journal of Hazardous Materials 178 (2010) 123–129Fig. 5. Temperature below ceiling at flashover vs. time.Fig. 6. Heat flux at floor at flashover vs. time.– one near the opening and one near a corner. One thermocoupletree contains five thermocouples placed at 100-mm intervalsfrom the ceiling to the floor. The thermocouple located the highestwas designed to measure the temperature of the hot smokylayer and located at 100 mm below the ceiling. The readings of thethermocouple were more representative to the smoky layer temperaturerather than those at 10 mm below the ceiling designed byHägglund et al. [15]. The position 10 mm below the ceiling is tooclose to the ceiling and some heat actually conducts to the ceiling.The thickness of smoky layer exiting from the test chamberwas observed by eye. Flashover was defined by flames exiting theopening.3. Results and discussionFigs. 3(a)–(f) and 4(a)–(f) show the time histories of the HRR,smoke production, total heat flux, temperature below the ceiling,temperature near the opening and temperature near a corner inthe burning tests using 397 cm 2 gasoline and 1608 cm 2 methanol,respectively. The fuel areas were generated by combinations of thepans described in Section 2. The two datasets are from tests inwhich fuel sootiness was highest and lowest and almost identicaltimes to flashover onset (44 and 46 s) and corresponding HRRsat flashover (154 and 150 kW). The gasoline fire produced significantlymore smoke than the methanol fire. Total heat flux on thefloor was also markedly higher for the gasoline fire. The temperatureat T3 (Fig. 2) was highest, while that at T1 and T2 were lowestas they were relatively farther from the fire source. At flashover,the thickness of smoke layer exiting the opening was 43 cm for thegasoline fire and 48 cm for the methanol fire. Thus, the determinedtemperatures at TR1-1–TR1-3 correspond to the hot, smoky layer.The vertical temperature distribution of this smoky layer near theopening at flashover was 600–410 ◦ C downwards for the gasolinefire (TR1-1–TR1-3 in Fig. 3(e)) and 630–540 ◦ C for the methanol fire(TR1-1–TR1-3 in Fig. 4(e)). The determined temperature distributionsof this smoky layer near a corner at flashover was from 750 to600 ◦ C downwards for the gasoline fire (TR1-1–TR1-3 in Fig. 3(f))and 850–830 ◦ C for the methanol fire (TR1-1–TR1-3 in Fig. 4(f)). Thetemperature of the smoky layer near a corner was higher than thatnear the opening. The lower temperatures near the opening werecaused by mixing with fresh air.3.1. The effect of fuel sootiness on temperature, heat flux and HRRat flashoverFigs. 5–7 present time histories for temperature, heat flux andHRR at flashover for all fires. Table 1 shows experimental data fortime to flashover and the tests without flashover. Ceiling temperatureof 703.9 ◦ C, floor heat flux of 25.7 kW/m 2 and HRR of 62 kW,lower bound values of the parameters, are needed for flashover.Fig. 7. HRR at flashover vs. time, giving a correlation of ˙Q = 532.92t −0.3466fo(R 2 = 0.77).Additionally, the effect of fuel sootiness on temperature is not significantas heat fluxes on the floor are generally high for sooty fuels.Furthermore, a relationship between HRR at flashover and time toflashover exists, yielding ˙Q = 532.92t −0.3466fo(R 2 = 0.7743) (Fig. 7).This correlation can be regarded as the characteristic correlation forflashover in the experimental compartment. An intersection pointin a diagram including this characteristic correlation and the HRRin this experimental compartment indicates an onset of flashoverand corresponding time to flashover.3.2. The effects of fuel sootinessThe characteristic correlation ( ˙Q = 532.92t −0.3466fo) is fuel independent,even though total heat fluxes on the floor at flashoverwere clearly high for sooty fires (Fig. 7). Previous theoretical andnumerical analyses all noted the importance of the heat feedbackto a fuel [9,23,25], however, the effect of this feedback, stronglydetermined by fuel sootiness, was insignificant in both the HRRneeded for flashover and time to flashover in this experimentalstudy. Inconsistency seems to exist.Further quantitative information is warranted to evaluate theeffects of radiation on flashover. Two fires of the 397 cm 2 gasolineand 1608 cm 2 methanol fires are analyzed here as their fuelsootiness is highest and lowest in this study. The radiation on thefloor was 53.4 kW/m 2 for the gasoline fire and 24.9 kW/m 2 forthe methanol fire. Due to the very little smoke produced by themethanol fire (Fig. 4(b)), the radiation back to the methanol fuelduring the fire was primarily from hot walls and the ceiling. However,time to flashover (44 s for the gasoline fire and 46 s for themethanol fire) and the corresponding HRR at flashover (154 kW forthe gasoline fire and 150 kW for the methanol fire) were almostidentical. The radiating heat feedback from the hot gas layer didnot have a significant role in the times to flashover and the HRRs atflashover; otherwise, flashover will not occur with methanol fires.

K.-C. Tsai, H.-H. Chen / Journal of Hazardous Materials 178 (2010) 123–129 129An explanation is provided here. The burning of sootier fuelsperformed more radiation back to fuels and enhanced the generationof volatiles of the fuels. The HRR of the burning wasconsequently increased. Fuel sootiness obviously plays a role inthe onset of flashover for sootier fuels. However, the effect of fuelsootiness was not seen in the fuel-independent characteristic correlation( ˙Q = 532.92t −0.3466 ) because the fuel sootiness effect wasfoincluded in and demonstrated by the resultant HRR at flashover ( ˙Q ).As to fuels with very low degree of sootiness such as methanol inthis study, the sootiness effect was relatively weak. However, theradiation from the smoky layer in the compartment was not theonly source generating heat back to a fuel bed. Walls, ceiling andany fire source can also transfer heat back to the fuel. Therefore,a better description of the role of sootiness is that the fuel sootinesscan play but not always play an important role in the onsetof flashover. The fuel sootiness effect is important for sootier fuels.The HRR at flashover influenced by the combined effects from thesmoky layer (related to the fuel sootiness) and other heat sourcescan be regarded better criterion for flashover ( ˙Q = 532.92t −0.3466 ).foOnce a high HRR produces thermal instability that meets thefuel-independent flashover criterion ˙Q = 532.92t −0.3466 , flashoverfooccurs. The HRR is consequently the only most important parameterfor flashover because other factors all contribute to the HRR.This experimental finding is in agreement with that obtained byThomas [20].4. ConclusionThe effects of fuel sootiness on flashover were determinedexperimentally. The following are the primary conclusions.1. The effect of fuel sootiness on ceiling temperature at flashoverwas not obvious as heat fluxes at flashover were generally highfor sooty fuels.2. A clear trend exists in the relationship between HRR at flashoverand time to flashover, yielding ˙Q = 532.92t −0.3466fo(R 2 = 0.7743).This correlation can be considered the characteristic correlationfor flashover in this compartment. The effect of fuel sootinesswas not seen in the fuel-independent correlation because thefuel sootiness effect was included in and demonstrated by theresultant HRR at flashover ( ˙Q ).3. A better statement describing the effect of fuel sootiness isprovided. The fuel sootiness can play but not always play animportant role in the onset of flashover. The fuel sootiness effectis important for sootier fuels. The HRR at flashover influenced bythe combined effect from smoky layer (related to the fuel sootiness)and other heat sources can be regarded better criterion forflashover ( ˙Q = 532.92t −0.3466foAcknowledgements).The authors wish to thank the National Science Council (Taiwan)for financial support (project number NSC 96-2221-E-327-015-MY3) and Mrs. Shin-Hong Chen and Chia-Hau Hsu for assistancein setting experimental data.References[1] R. Peacock, P. Reneke, R. Bukowski, V. Babrauskas, Defining flashover for firehazard calculations, Fire Saf. J. 32 (1999) 331–345.[2] R. Ghanem, H. Baker, Determination of decabromodiphenyl ether in backcoatedtextile preparation, J. Hazard. Mater. 162 (2009) 249–253.[3] A. Lunghi, L. Gigante, P. Cardillo, V. Stefanoni, G. Pulga, R. Rota, Hazardassessment of substances produced from the accidental heating of chemicalcompounds, J. Hazard. Mater. 116 (2004) 11–21.[4] J. 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STUDY OF FLASHOVER IN A FIRE COMPARTMENT WITH AWINDOW-LIKE OR A DOOR-LIKE OPENINGW.T. Chung, K.C. Tsai* (tsaikc@ccms.nkfust.edu.tw)National Kaohsiung First University of Science and Technology, TAIWANIntroductionFlashover has been theoretically regarded as a case of thermal instability within a compartment by considering theenergy balance of the hot layer near the ceiling. In a compartment with a door-like opening, the hot layer is formedby the accumulation of hot smoky gases due to the presence of a door header. However, with a window-likeopening, the header of a window may not exist or is very short. The existence of a window header has little effectfor accumulating hot, smoky gases and the hot layer formed in the fire compartment is thin. Figure 1 demonstratesthe different flow behaviors described herein.Besides time to flashover, working definitions, i.e. the heat flux to the floor, temperature below ceiling and heatrelease rate, associated with fire compartments where a door-like opening or a window-like opening was presentwere investigated.Figure 1 The flow behaviors of a fire compartment with a window-like or door-like opening.Experimental DesignAll tests were conducted in a compartment with size of one third in length of an ISO 9705 test chamber. Figure 2demonstrates the experimental set-ups.Fuel used was gasoline and iso-propanol to simulate fuels with different levels of sootiness. The widths of theopenings were fixed but the heights were designed to be fully open, upper 2/3 and lower 2/3 open in addition tofree burning cases (see Fig. 3). The design was listed in Table 1. The mass loss rate of fuel was measured by a loadcell and the heat release rate (HRR) by a 5 MW calorimeter. A flame exiting from the opening and the ignition ofnewspaper were adopted to identify the onset of flashover. The fire source was positioned far from the opening toprevent the occurrences of exiting flames from opening due to high flames which were deflected by thecompartment ceiling. Flame exited from the opening only because of the occurrence of flashover. For the caseswith a window-like opening, the time to the ignition of newspaper was determined by recording the temperatureusing a thermocouple that was attached with the newspaper.Figure 2 Experimental set-upsFigure 3 Geometry of openingsExperimental Results and DiscussionTable 1 listed the time to flashover of alltests. The time to flashover was identifiedby flame exiting from opening and ignitionof newspaper, respectively. Clearly, thetests can be divided into two groups:without occurrence of flashover and withoccurrence of flashover. Additionally,exiting flame generally occurred earlierthan newspaper ignition, especially in thecases of “fully open” and “upper 2/3 open”.This experimental observation may becaused by the thin layer of hot gas, and thetimes of exiting flames and newspaperignition were close for the lower-2/3-opencases. In the cases of lower 2/3 open in the22.5 cm gasoline and 26 cm iso-proponalfires, the exiting flame occurred later thannewspaper ignition. The headers in thelower 2/3 open tests were larger andconsequently can accumulate hot smokygases. The accumulation of hot smokygases increased the radiation to the floorand accelerated the occurrence offlashover.Table 1 Experimental design and time to flashoverFuelGasolineIsopropanolFully open upper 2/3 lower 2/3Pandiameter(cm)2622.519302622.5Time to flashover (s)Opening positionExiting flame Newspaper ignitionFully open 25 40upper 2/3 24 36lower 2/3 36 43Fully open 95 125upper 2/3 123 135lower 2/3 178 152Fully open no flashover no flashoverupper 2/3 no flashover no flashoverlower 2/3 no flashover no flashoverFully open 66 105upper 2/3 51 70lower 2/3 85 72Fully open 162 213upper 2/3 161 186lower 2/3 156 156Fully open no flashover no flashoverupper 2/3 no flashover no flashoverlower 2/3 no flashover no flashoverdoes not occur. This indicator of newspaper ignition may work when a door-like opening presents in a firecompartment, where the upper hot gas layer is formed due to the presence of header. Flashover should beidentified only by the thermal instability of the upper hot layer in the fire compartment. Therefore, the exiting offlame from the opening was applied in this study for further discussion.Table 2 listed the ceilingtemperature, heat flux on floorand HRR at flashover. Theorder of time to flashover wasPanOpeninglower 2/3 open > upper 2/3 Fuel diameterstyle(cm)open≒fully open. The hotsmoky layers in the cases of“upper 2/3 open” and “fullyopen” were thinner andthermal instability can occurrelatively easier than those inthe cases of “lower 2/3 open”.Additionally, the orders ofceiling temperature, floor heatflux and HRR were lower 2/3open > upper 2/3 open>fullyopen. The larger values of theparameters may just resultfrom the lateness of flashoverwhen the fires grew further.Table 2 The ceiling temperature, heat flux on floor and HRR when flashover occurred.Flashover was identified by the time when a flame exited from the opening.time toFlame exiting from openingflashover by Ceiling temperature (℃)exiting flameHeat fluxHRR (kW)(s)a b (kW/m 2 )Gasoline•The tests without occurrence of flashoverFigure 4 plots the HRR of the iso-propanol fire Fig. 4 The HRR of the isopropanol fires with a diameter 22.5 cm.with a diameter 22.5 cm. During steady state, theceiling temperature was between 300 and 400,the floor heat flux was around 8 kW/m2, and theHRR was approximately 35 kW. The position ofopening had almost no influence on theseparameters. Additionally, the 19 cm gasoline fireperformed similar results. These observationswere consistent with previous studies [1],demonstrating that the behavior of acompartment fire before flashover is fuelcontrolled.•The tests with occurrence of flashoverFigure 5 plots the HRR of the iso-propanol firewith a diameter 26 cm. Before flashover, the Fig. 5 The HRR of the isopropanol fires with a diameter 26 cm.HRRs of the fires with various openings were (■ represents the flame exiting from opening and ▲denotes thealmost identical and started to change with the ignition of flashover.)opening position after flashover. Clearly, the fireswere fuel-controlled before flashover andventilation-controlled after flashover [1]. In thisstudy, flashover was identified by both the exitingof flame and ignition of flashover. However, Tsaiand Chung [2] have discussed the mechanism offlashover and proved the theory of flashover ofthermal instability by experiments. In theirdiscussion [2], the ignition of newspaper occurswhen the heat flux to floor and newspaper exceedsa certain value. The source of the heat flux cancome from the upper gas layer, flame(s), hot wallsand ceiling. The newspaper can be ignited whenreceiving a certain amount of heat even flashoverIsopropanol2622.53026Fully openupper 2/3lower 2/3Fully openupper 2/3lower 2/3Fully openupper 2/3lower 2/3Fully openupper 2/3lower 2/3•The criteria of flashoverThe criteria of ceiling temperature, floor heat flux and HRR are 600℃, 20 kW/m2 and 1 MW, respectively, incompartments in size close to ISO 9705 rooms. Therefore, the criteria were derived from fire compartments withdoor-like openings [3]. Because the orders of ceiling temperature, floor heat flux and HRR were “lower 2/3 open”> “upper 2/3 open”>”fully open”, the values of the parameters were larger in compartments with door-likeopenings than those in compartments with window-like openings. The predicted time to flashover forcompartments with window-like openings using the generally accepted criteria for compartments with door-likeopenings may be later than actual time to flashover. The generally accepted criteria may lead to underestimation offlashover risk.Conclusion704.9±7.7591.6±9.127.4±0.552.2±1.5(1) Between the two indicators of flashover, exiting flame generally occurred earlier than newspaper ignition,especially in the cases of “fully open” and “upper 2/3 open”. However, in the cases of lower 2/3 open in the 22.5cm gasoline and 26 cm iso-proponal fires, the exiting flame occurred later than newspaper ignition. The headers inthe lower 2/3 open tests were larger and consequently can accumulate hot smoky gases. The accumulation of hotsmoky gases increased the radiation to the floor and accelerated the occurrence of flashover.(2) In the cases without the occurrence of flashover, the position of opening had almost no influence on theparameters.(3) The exiting of flame from the opening was regarded a better indicator of flashover.(4) The order of time to flashover was lower 2/3 open > upper 2/3 open≒fully open. The hot smoky layers in thecases of “upper 2/3 open” and “fully open” were thinner and thermal instability can occur relatively easier thanthose in the cases of “lower 2/3 open”.(5) The orders of ceiling temperature, floor heat flux and HRR at flashover were “lower 2/3 open” > “upper 2/3open”>”fully open”, and the values of the parameters were larger in compartments with door-like openings thanthose in compartments with window-like openings. The predicted time to flashover for compartments withwindow-like openings using the generally accepted criteria for compartments with door-like openings may be laterthan actual time to flashover. The generally accepted criteria may lead to underestimation of flashover risk.Reference[1] Drysdale D, An Introduction to Fire Dynamics, 2nd edition, John Wiley, 1998[2] Tsai K-C and Chung W-T, Clarifying the mechanism of flashover from the view of unburned fuelvolatiles and secondary fuels, 33rd International Symposium on Combustion.[3] Babrauskas V, Peacock R, Reneke P., Defining flashover for fire hazard calculations.Part II, Fire Saf. J.38 (2003) 613–622.25243695123178665185162161156535.2±17.5 305.6±21.5530.3±16.3 334.6±34.0680.9±22.6 436.1±27.1480.7±29.0 413.8±41.1637.0±3.4695.0±13.7 591.7±44.0571.2±11.6 447.4±46.8609.6±46.5 444.1±41.6737.9±93.7 624.9±40.7602.6±40.6 442.9±23.9659.8±0.6460.3±28.1507.4±2.119.3±1.122.4±1.131.8±2.319.9±1.922.1±1.532.2±3.716.8±0.723.6±3.136.1±5.316.3±2.021.4±0.046.0±1.750.0±3.661.5±3.542.2±0.349.0±1.257.8±6.154.5±0.951.8±0.875.9±8.545.3±3.349.3±1.8

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2008 公 安 衛 / 防 災 研 討 會不 同 通 風 模 式 對 閃 燃 發 生 之 效 應 探 討許 家 豪 , 國 立 高 雄 第 一 科 技 大 學 環 境 與 安 全 衛 生 工 程 學 系 碩 士 生陳 泓 翔 , 國 立 高 雄 第 一 科 技 大 學 環 境 與 安 全 衛 生 工 程 學 系 博 士 生蔡 匡 忠 , 國 立 高 雄 第 一 科 技 大 學 環 境 與 安 全 衛 生 工 程 學 系 助 理 教 授計 畫 編 號 : NSC96-2221-E-327-015-MY3摘 要若 在 侷 限 空 間 中 發 生 火 災 , 其 火 勢 成 長 與 其 通 風 有 很 大 的 關 連 , 先 前 研 究以 實 驗 推 導 出 通 風 因 子 為 A H ,A 為 通 風 面 積 ,H 為 通 風 口 之 高 度 , 此 因 子 甚至 直 接 影 響 閃 燃 發 生 之 時 間 及 所 需 熱 量 。 然 而 此 因 子 僅 限 於 「 門 」 之 形 式 , 但 侷限 空 間 中 之 通 風 口 更 可 以 「 窗 」 之 形 式 出 現 , 因 此 本 研 究 裝 置 一 0.8×0.8×1.2(1/3 ISO 9705 標 準 房 間 ) 之 侷 限 空 間 , 改 變 其 通 風 口 之 面 積 、 高 度 及 位 置 ,在 其 內 放 置 不 同 面 積 (0.008、0.0177、0.0283、0.0397、0.053 m 2 ) 之 液 體 燃料 ( 異 丙 醇 、 汽 油 ), 量 測 閃 燃 前 液 體 燃 料 之 實 驗 數 據 ( 質 量 損 失 率 、 溫 度 、 熱釋 放 率 、 熱 通 量 、 溫 度 ), 以 探 討 通 風 對 侷 限 空 間 內 燃 料 燃 燒 之 效 應 。 結 果 顯 示 ,。開 口 位 置 位 於 上 方 ( 窗 ) 會 減 少 累 積 煙 層 之 時 間 , 反 而 促 進 冷 熱 氣 流 之 對 流 , 加 快閃 燃 發 生 之 速 度 , 但 閃 燃 時 之 溫 度 及 熱 釋 放 率 都 比 開 口 位 置 位 於 下 方 來 的 低 ; 反之 , 開 口 位 置 位 於 下 方 ( 門 ) 能 藉 由 累 積 煙 層 減 緩 對 流 , 可 有 效 延 遲 閃 燃 發 生 之 時間 , 但 因 累 積 煙 層 之 熱 回 饋 影 響 , 反 而 卻 造 成 閃 燃 時 之 溫 度 及 熱 釋 放 率 較 高 。 此發 現 將 改 變 目 前 對 居 室 火 災 發 展 之 概 念 , 不 僅 是 「 通 風 因 子 」 影 響 閃 燃 之 發 生 ,即 使 具 相 同 通 風 因 子 , 其 「 通 風 位 置 」 亦 有 顯 著 之 影 響 。關 鍵 字 : 通 風 因 子 、 液 體 燃 料 、 閃 燃一 、 前 言侷 限 空 間 火 災 的 成 長 過 程 可 分 為 數 個 時 期 從 起 火 後 著 火 物 慢 慢 擴 大 延 燒 之「 成 長 期 」、 局 部 燃 燒 瞬 間 擴 大 成 全 面 燃 燒 之 「 閃 燃 」 階 段 、 火 勢 全 面 燃 燒 之 「 全盛 期 」 及 嚴 重 燒 損 到 熄 火 之 「 衰 退 期 」。( 圖 1-1) 當 建 築 物 火 災 一 旦 發 生 閃 燃(flashover), 火 災 即 進 入 最 劇 烈 的 燃 燒 階 段 並 產 生 大 量 的 煙 及 毒 氣 , 若 人 員 無法 在 發 生 閃 燃 之 前 逃 生 , 則 難 以 倖 免 , 因 此 閃 燃 期 為 防 火 工 程 極 力 避 免 人 員 傷 亡及 財 物 損 失 之 重 要 階 段 。中 華 民 國 九 十 七 年 十 一 月 七 、 八 日台 北 市 國 立 台 灣 大 學 環 境 工 程 研 究 所

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2008 公 安 衛 / 防 災 研 討 會圖 1-1 火 災 成 長 過 程 示 意 圖 【1】閃 燃 定 義 為 火 勢 持 續 成 長 時 , 因 煙 層 累 積 , 增 加 向 下 的 輻 射 熱 強 度 , 而 增 加的 輻 射 熱 不 只 增 加 已 燃 可 燃 物 的 燃 燒 速 度 , 相 對 的 也 會 加 速 其 它 未 燃 物 熱 裂 解 以產 生 可 燃 蒸 氣 , 一 旦 此 氣 體 與 空 氣 之 混 合 氣 體 濃 度 達 到 燃 燒 界 限 時 , 且 溫 度 已 達多 數 材 料 之 引 燃 點 或 以 上 , 則 會 產 生 瞬 間 爆 發 使 整 個 室 內 頓 時 陷 入 火 海 之 中 稱之 , 亦 即 使 局 部 燃 燒 瞬 間 擴 大 至 整 體 燃 燒 , 所 釋 放 的 熱 能 、 煙 與 毒 性 氣 體 在 瞬 間亦 突 然 大 量 增 加 , 超 過 人 類 可 承 受 之 限 度 。 因 閃 燃 危 害 之 嚴 重 性 , 若 能 避 免 或 延遲 閃 燃 的 發 生 , 則 可 進 ㄧ 步 減 少 人 員 或 財 物 的 損 失 。 因 此 早 在 四 十 年 前 就 有 學 者針 對 閃 燃 進 行 研 究 。Kennedy【2】 在 1961 年 提 出 火 燄 從 門 口 竄 出 與 地 板 報 紙 的引 燃 , 定 義 為 閃 燃 現 象 的 發 生 。Thomas【3】 在 1982 年 提 出 閃 燃 定 義 為 :(1) 火場 由 局 部 燃 燒 瞬 間 擴 大 到 全 面 性 燃 燒 ,(2) 火 災 初 期 由 燃 料 控 制 (fuel controlled) 轉換 為 通 風 控 制 (ventilation controlled) 火 災 ,(3) 瞬 間 引 燃 侷 限 空 間 中 之 可 燃 蒸 氣 。先 期 研 究 者 在 研 究 閃 燃 發 生 機 制 時 更 提 出 產 生 閃 燃 所 需 的 最 小 熱 釋 放 率 Q&與 通 風 開 口 之 面 積 A 及 位 置 H 有 關 :Babrauskas 【4】 更 以 質 能 平 衡 之 概 念 推導 閃 燃 所 需 的 最 小 熱 釋 率 可 以 A h 「 通 風 因 子 (ventilation factor)」 預 估Q & = 750A h(1)H & agglund【5】 亦 提 出 達 到 閃 燃 的 最 小 熱 釋 率 估 算 方 程 式 , A T為 不 含 開 口 部 之有 效 熱 傳 面 積 :1.2Q & ⎛⎞= 1050A ⎜T0. 247⎟+AT/ A h⎝⎠(2)3McCaffrey et al. 【6】 利 用 簡 單 的 能 量 守 衡 和 超 過 100 組 的 實 驗 數 據 ( 房 間 尺 寸為 高 0.7 至 2.7 公 尺 , 地 板 面 積 為 1.14 至 12.0 平 方 公 尺 ) 預 測 閃 燃 發 生 之 熱 釋 放率Q& = 740 h A A h(3)KT中 華 民 國 九 十 七 年 十 一 月 七 、 八 日台 北 市 國 立 台 灣 大 學 環 境 工 程 研 究 所

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2008 公 安 衛 / 防 災 研 討 會其 中 h K= 對 於 天 花 板 / 牆 壁 之 有 效 熱 傳 係 數 。Thomas 【7】 利 用 簡 化 後 的 能 量平 衡 式 , 假 設 熱 輻 射 損 失 為 總 面 積 之 六 分 之 一 , 估 算 達 到 閃 燃 的 最 小 熱 釋 率 為Q& = 7.8AT+ 378A h(4)由 此 可 見 , 侷 限 空 間 內 火 災 成 長 與 通 風 開 口 之 面 積 及 高 度 有 非 常 密 切 的 關 係然 而 , 不 僅 實 際 環 境 中 侷 限 空 間 幾 何 (geometry) 千 變 萬 化 , 其 內 可 燃 物 性質 、 通 風 狀 況 等 均 會 改 變 其 萬 一 火 災 發 生 後 之 火 災 成 長 情 形 。 數 十 年 來 防 火 研 究人 員 即 以 實 驗 、 理 論 推 導 、 電 腦 模 擬 等 方 式 試 圖 瞭 解 侷 限 空 間 火 災 成 長 及 閃 燃 發生 之 主 控 因 子 , 並 試 圖 量 化 其 效 應 ; 然 而 , 所 使 用 之 空 間 多 僅 具 「 單 一 門 」(onedoor opening) 開 口 , 但 實 際 侷 限 空 間 之 開 口 模 式 另 包 含 「 窗 」 形 式 , 且 先 前 研究 並 未 對 通 風 因 子 進 行 系 統 化 之 探 討 。二 、 研 究 方 法2.1 實 驗 方 法 及 變 因本 研 究 將 設 計 一 實 驗 屋 ( 圖 2-1, 詳 細 設 計 後 述 ), 改 變 單 面 牆 之 通 風 條 件 ( 表2-1), 其 中 燃 燒 源 為 異 丙 醇 及 汽 油 , 可 藉 以 瞭 解 燃 料 發 煙 性 之 影 響 ; 藉 不 同 大 小油 盤 (150-294 mm) 可 模 擬 不 同 熱 釋 放 率 起 火 源 之 效 應 。 此 實 驗 屋 將 置 於 內 政 部 建築 研 究 所 台 南 歸 仁 防 火 實 驗 室 中 ISO 9705 房 間 試 驗 煙 罩 下 進 行 實 驗 , 使 用 其 獨有 之 集 煙 罩 、 氣 體 分 析 儀 等 相 關 實 驗 設 備 。 主 要 量 測 項 目 包 括 天 花 板 溫 度 、 地 板熱 通 量 ( 測 點 位 置 圖 2-2 所 示 )、 燃 料 熱 釋 放 率 、 質 量 損 失 率 、O2 /CO/CO2 濃 度 、閃 燃 時 間 等 。2.2 實 驗 設 備本 實 驗 屋 之 尺 寸 為 為 ISO 9705 模 型 箱 的 三 分 之 ㄧ( 長 1.2 m、 寬 0.8 m 及 高0.8 m), 外 層 皆 以 矽 酸 鈣 板 為 第 一 層 , 內 層 為 防 火 棉 。 並 將 油 盤 放 置 在 屋 內 之 中心 處 , 下 方 由 Load 量 測 燃 料 燃 燒 時 之 變 化 情 形 , 並 在 油 盤 放 置 處 後 方 加 裝 熱 通量 計 量 測 輻 射 加 熱 強 度 ( 圖 4-1)。 為 了 探 討 屋 內 溫 度 變 化 情 形 , 在 天 花 板 裝 設 5點 溫 度 測 點 以 及 在 門 口 處 加 裝 一 條 熱 電 偶 樹 ( 圖 4-2), 而 燃 燒 所 排 出 之 熱 煙 則 藉由 氣 體 分 析 儀 分 析 其 熱 釋 放 率 與 O2 /CO/CO2 濃 度 。中 華 民 國 九 十 七 年 十 一 月 七 、 八 日台 北 市 國 立 台 灣 大 學 環 境 工 程 研 究 所

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2008 公 安 衛 / 防 災 研 討 會1.2m0.8m*****openingthermocouple on ceiling (outer)thermocouple on ceiling (inner)0.3m0.3m0.2m0.2mthermal couple treeD0.8mfuel pan0.3mload cellheat flux gauge圖 2-1 實 驗 屋 示 意 圖Schematic ofopeningOpening geometry (unit: m)L 2HopeningUpper2/3Middle2/3Lower2/3Upper1/2Middle1/2Lower1/2L 1H0.53 0.53 0.530.4 0.4 0.4WL 10.27 0.1300.40.20L 20 0.130.2700.20.4WA√H0.3 0.3 0.30.30.30.30.116 0.116 0.116 0.076 0.076 0.076表 2-1 單 面 牆 之 通 風 條 件中 華 民 國 九 十 七 年 十 一 月 七 、 八 日台 北 市 國 立 台 灣 大 學 環 境 工 程 研 究 所

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2008 公 安 衛 / 防 災 研 討 會三 、 結 果 與 討 論圖 3-2 實 驗 測 點 位 置 圖改 變 不 同 通 風 因 子 『 A H =0.186、0.1、0.066、0( 空 燒 ) 』 之 單 開 口 實 驗量 測 閃 燃 之 詳 細 數 據 ( 溫 度 、 熱 釋 放 率 、 熱 通 量 、 溫 度 、 質 量 損 失 情 形 ) 「 見 表3.1、3.2、3.3( 以 汽 油 之 大 油 盤 為 例 )」。在 小 油 盤 方 面 , 因 燃 燒 時 所 需 之 空 氣 量 較 小 , 故 其 通 風 效 應 之 影 響 較 不 顯著 , 彼 此 間 差 異 較 小 ; 反 之 , 大 油 盤 燃 燒 所 需 之 空 氣 量 較 大 , 在 不 同 通 風 條 件 下 ,其 差 異 非 常 顯 著 , 在 異 丙 醇 及 汽 油 皆 有 此 情 形 。( 見 圖 3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、5.6)下 面 將 利 用 閃 燃 發 生 時 量 測 之 數 據 ( 時 間 、 溫 度 、 熱 釋 放 率 、 熱 通 量 、 質 量損 失 率 ), 並 利 用 VENT FLOW 提 出 之 公 式 推 導 排 出 之 煙 氣 量 與 流 入 之 空 氣 量 , 探討 相 同 通 風 因 子 在 不 同 位 置 下 之 影 響 與 差 異 性 。在 相 同 通 風 條 件 下 , 閃 燃 發 生 之 快 慢 為 上 > 中 > 下 ( 開 口 位 置 ), 這 主 要 與 天花 板 至 開 口 上 方 這 段 距 離 有 關 。 閃 燃 時 間 為 四 階 段 的 總 合 (a) 火 源 產 生 之 煙 經 由浮 力 往 上 (b) 煙 在 天 花 板 下 源 擴 散 之 時 間 (c) 累 積 煙 層 之 時 間 (d) 房 間 內 達 一 定 溫度 , 且 不 斷 累 積 可 燃 蒸 氣 濃 度 達 閃 火 點 。 當 通 風 因 子 相 同 , 開 口 位 置 若 愈 下 方 ,累 積 煙 層 之 時 間 會 愈 高 , 所 以 閃 燃 發 生 時 間 會 更 長 。 此 外 , 從 推 導 出 之 排 出 煙 氣量 與 流 入 空 氣 量 來 看 , 當 通 風 因 子 相 同 , 開 口 位 置 若 愈 下 方 , 其 氣 體 交 換 情 形 愈中 華 民 國 九 十 七 年 十 一 月 七 、 八 日台 北 市 國 立 台 灣 大 學 環 境 工 程 研 究 所

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2008 公 安 衛 / 防 災 研 討 會不 良 好 。換 言 之 , 當 通 風 因 子 相 同 , 開 口 位 置 若 愈 下 方 , 累 積 煙 層 厚 度 愈 厚 , 對 燃 料產 生 之 熱 回 饋 愈 多 , 再 加 上 氣 體 交 換 效 應 較 良 好 , 燃 料 產 生 之 熱 煙 大 多 都 留 在 房間 內 部 並 持 續 加 熱 燃 料 , 所 以 當 閃 燃 發 生 時 溫 度 、 熱 釋 放 率 、 熱 通 量 都 會 有 下 >中 > 上 ( 開 口 位 置 ) 之 趨 勢 。 雖 然 , 開 口 位 於 下 方 氣 體 交 換 效 應 較 不 顯 著 , 會 影 響氧 氣 之 補 充 , 但 由 於 閃 燃 前 是 燃 料 控 制 燃 燒 (fuel-controled), 氧 氣 影 響 則 無 顯著 差 異 。 而 上 述 理 論 也 可 經 由 本 實 驗 之 質 量 損 失 率 來 證 實 ( 當 通 風 因 子 相 同 , 質量 損 失 率 之 大 小 為 下 > 中 > 上 )。結 果 顯 示 , 開 口 位 置 位 於 上 方 ( 窗 ) 會 減 少 累 積 煙 層 之 時 間 , 反 而 促 進 冷 熱 氣流 之 對 流 , 加 快 閃 燃 發 生 之 速 度 , 但 閃 燃 時 之 溫 度 及 熱 釋 放 率 都 比 開 口 位 置 位 於下 方 來 的 低 ; 反 之 , 開 口 位 置 位 於 下 方 ( 門 ) 能 藉 由 累 積 煙 層 減 緩 對 流 , 可 有 效 延遲 閃 燃 發 生 之 時 間 , 但 因 累 積 煙 層 之 熱 回 饋 影 響 , 反 而 卻 造 成 閃 燃 時 之 溫 度 及 熱釋 放 率 較 高 。 此 發 現 將 改 變 目 前 對 居 室 火 災 發 展 之 概 念 , 不 僅 是 「 通 風 因 子 」 影響 閃 燃 之 發 生 , 即 使 具 相 同 通 風 因 子 , 其 「 通 風 位 置 」 亦 有 顯 著 之 影 響 。表 3.1 通 風 口 位 置 位 於 上 方 閃 燃 時 之 數 據 ( 燃 料 : 汽 油 油 盤 :0.023m 2 )AH0.186( 全 開 )0.1(2/3 開 )0.066(1/2 開 )0( 空 燒 )閃 燃 時 間 (s) 55 69 68 70質 量 損 失 率 (g/s) 0.67 0.7 0.6 0.57熱 釋 放 率 (kW) 30 32 29 30熱 通 量 (kW/m 2 ) 3.2 6.5 6 -溫 度 (℃) 350 410 375 -排 出 煙 氣 量 (kg/s) 446.0431 429.0287 445.9018 -進 入 空 氣 量 (kg/s) 443.451 426.6007 443.4958 -*-: 未 進 行 實 驗中 華 民 國 九 十 七 年 十 一 月 七 、 八 日台 北 市 國 立 台 灣 大 學 環 境 工 程 研 究 所

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2008 公 安 衛 / 防 災 研 討 會表 3.2 通 風 口 位 置 位 於 中 間 閃 燃 時 之 數 據 ( 燃 料 : 汽 油 油 盤 :0.023m 2 )A H0.1860.10.0660( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 ) ( 空 燒 )閃 燃 時 間 (s) 55 76 78 70質 量 損 失 率 (g/s) 0.67 0.87 0.92 0.57熱 釋 放 率 (kW) 30 46 51 30熱 通 量 (kW/m 2 ) 3.2 11 15.5 -溫 度 (℃) 350 510 625 -排 出 煙 氣 (kg/s) 446.0431 266.1808 195.3253 -進 入 空 氣 量 (kg/s) 443.451 264.8425 194.381 -*-: 未 進 行 實 驗表 3.3 通 風 口 位 置 位 於 下 方 閃 燃 時 之 數 據 ( 燃 料 : 汽 油 油 盤 :0.023m 2 )A H0.1860.10.0660( 全 開 ) (2/3 開 ) (1/2 開 ) ( 空 燒 )閃 燃 時 間 (s) 55 86 125 70質 量 損 失 率 (g/s) 0.67 1.01 1.02 0.57熱 釋 放 率 (kW) 30 55 56 30熱 通 量 (kW/m 2 ) 3.2 17 19.5 -溫 度 (℃) 350 650 670 -排 出 煙 氣 (kg/s) 446.0431 174.5 115.886 -進 入 空 氣 量 (kg/s) 443.451 173.6388 114.7351 -*-: 未 進 行 實 驗中 華 民 國 九 十 七 年 十 一 月 七 、 八 日台 北 市 國 立 台 灣 大 學 環 境 工 程 研 究 所

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2008 公 安 衛 / 防 災 研 討 會A f = 0.0283m 2A f = 0.0283m 2Rate of Heat Release (kW)806040200上80A H =0.1 A H =0.66中下全 開空 燒0 100 200 300 400 500 600Rate of Heat Release (kW)60402000 100 200 300 400 500 600上中下空 燒全 開Time (sec)Time (sec)圖 3.1 不 同 通 風 因 子 下 , 汽 油 大 油 盤 燃 燒 之 熱 釋 放 率A f = 0.0176m 2A f = 0.0176m 230252015Rate of Heat Release(kW)1050A H =0.10 100 200 300 400 500 600 700上中下空 燒全 開Rate of Heat Release(kW)302520151050A H =0.660 100 200 300 400 500 600 700上中下空 燒全 開Time (sec)Time (sec)圖 3.2 不 同 通 風 因 子 下 , 汽 油 中 油 盤 燃 燒 之 熱 釋 放 率A f = 0.0078m 2A f = 0.0078m 2R ate of H eat R elease (kW )1050-5-10A H =0.10 100 200 300 400 500 600 700上中下空 燒全 開R ate of H eat R elease (kW )1050-5-10A H =0.660 100 200 300 400 500 600 700上中下全 開空 燒Time (sec)Time (sec)圖 3.3 不 同 通 風 因 子 下 , 汽 油 小 油 盤 燃 燒 之 熱 釋 放 率中 華 民 國 九 十 七 年 十 一 月 七 、 八 日台 北 市 國 立 台 灣 大 學 環 境 工 程 研 究 所

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2008 公 安 衛 / 防 災 研 討 會A f = 0.053m 2A f = 0.053m 2Rate of Heat Release (kW)300250200150100500A H =0.1上中下空 燒全 開Rate of Heat Release (kW)300250200150100500A H =0.66上中下空 燒全 開0 200 400 600 800 1000 12000 200 400 600 800 1000 1200Time (sec)Time (sec)圖 3.4 不 同 通 風 因 子 下 , 異 丙 醇 大 油 盤 燃 燒 之 熱 釋 放 率A f = 0.0397m 2Af = 0.0397m2Rate of H eat Release (kW )6050403020100-10A H =0.10 200 400 600 800上中下空 燒全 開Rate of H eat Release (kW )6050403020100-10A H =0.660 200 400 600 800 1000上中下空 燒全 開-20-20Time (sec)Time (sec)圖 3.5 不 同 通 風 因 子 下 , 異 丙 醇 中 油 盤 燃 燒 之 熱 釋 放 率A f = 0.0283m 2A f = 0.0283m 2Rate of H eat Release(kW )3025201510500 200 400 600 800 1000Time (sec)A H =0.1上中下空 燒全 開Rate of Heat Release (kW)3025201510500 200 400 600 800Time (sec)A H =0.66上中下空 燒全 開圖 3.6 不 同 通 風 因 子 下 , 異 丙 醇 小 油 盤 燃 燒 之 熱 釋 放 率中 華 民 國 九 十 七 年 十 一 月 七 、 八 日台 北 市 國 立 台 灣 大 學 環 境 工 程 研 究 所

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2008 公 安 衛 / 防 災 研 討 會四 、 參 考 文 獻1. Drysdale D,” An Introduction to Fire Dynamics”, Second Edition, John Wiley andSons, 1998.2. Kennedy P and Kennedy K, “Flashover and fire analysis”, A discussion of thepractical use of flashover In fire investigation, August, 2003.3. Thomas PH, “Modelling of compartment fires”, 6 th International Fire ProtectionSeminar, Karlsruhe, pp.29-46. Vereinigung zur Forderung des DeutschenBrandschutzes,ev.4. Babrauskas V, ”Defining flashover for fire hazard calculations:Part II”, Fire SafetyJ.38 P613-622, 2003.5. Hagglund B, Jannson R and Onnermark B,” Fire development in residential roomsafter ignition from nuclear explosions”, FOA C 20016-DG (A3), ForsvaretsForskningsanstalt, Stockholm, 1974.6. McCaffrey BJ and Rocket JA NBS (U.S.), J Res, 1977; 82(2):107-17.7. Thomas PH,” Testing products and materials for their contribution to flashover inrooms”, Fire Mater 1981;5:103-111.中 華 民 國 九 十 七 年 十 一 月 七 、 八 日台 北 市 國 立 台 灣 大 學 環 境 工 程 研 究 所

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2008 工 安 衛 / 防 災 研 討 會天 花 板 高 度 對 火 災 時 燃 料 燃 燒 速 率 之 影 響鐘 偉 庭 , 國 立 高 雄 第 一 科 技 大 學 環 境 與 安 全 衛 生 工 程 學 系 專 題 生許 家 豪 , 國 立 高 雄 第 一 科 技 大 學 環 境 與 安 全 衛 生 工 程 學 系 碩 士 生蔡 匡 忠 , 國 立 高 雄 第 一 科 技 大 學 環 境 與 安 全 衛 生 工 程 學 系 助 理 教 授計 畫 編 號 : 國 科 會 大 專 生 計 畫 97-2815-C-327-004-E摘 要火 災 發 生 後 燃 料 之 燃 燒 狀 況 直 接 影 響 火 災 之 成 長 , 因 此 燃 料 之 燃 燒 速 率 是 火災 防 制 之 重 要 資 訊 。 許 多 燃 料 之 燃 燒 速 率 歷 程 圖 可 藉 由 相 關 儀 器 測 得 , 但 均 限 於空 燒 (free burning) 之 情 況 , 侷 限 空 間 火 災 由 小 火 擴 大 至 全 面 性 火 災 的 過 程 中 其 燃燒 速 率 將 受 天 花 板 、 牆 面 之 影 響 。 本 研 究 即 以 實 驗 方 式 定 量 天 花 板 高 度 對 燃 料 燃燒 速 率 之 影 響 , 使 用 兩 種 不 同 發 煙 性 之 液 體 燃 料 ( 異 丙 醇 、 汽 油 )、 六 種 油 盤 ( 異丙 醇 為 0.02835、003976、0.05309 m 2 、 汽 油 為 0.00785、0.01767、0.02835 m 2 ),以 及 改 變 天 花 板 高 度 進 行 實 驗 , 量 測 質 量 損 失 率 及 火 焰 高 度 。 結 果 顯 示 , 當 火 燄高 度 低 於 天 花 板 高 度 時 , 其 單 位 面 積 質 量 損 失 率 與 空 燒 時 相 同 , 天 花 板 無 效 應 ;但 當 火 燄 高 度 大 於 天 花 板 高 度 時 , 因 產 生 天 花 板 噴 流 , 使 對 燃 料 所 產 生 之 熱 回 饋增 加 , 造 成 燃 料 單 位 面 積 質 量 損 失 率 明 顯 成 長 , 天 花 板 高 度 越 低 , 其 質 量 損 失 率攀 升 越 多 。關 鍵 字 : 防 火 安 全 、 液 體 燃 料 、 天 花 板 高 度一 、 前 言液 體 燃 料 發 生 火 災 時 , 火 災 中 所 釋 放 的 熱 會 造 成 其 本 身 火 勢 增 強 , 熱 也 會 傳遞 至 鄰 近 區 域 , 而 這 些 熱 能 也 有 可 能 引 燃 周 圍 可 燃 物 而 造 成 更 大 的 危 害 , 因 此 必須 計 算 其 熱 釋 放 率 (Heat Release Rate), 得 知 火 災 發 出 的 熱 量 , 並 能 進 行 更 進ㄧ 步 之 規 範 , 液 體 燃 料 之 熱 釋 放 率 (Heat Release Rate) 如 式 (1) 所 示 。[1]• •Q C = X ⋅ m' ' ⋅Af⋅ ΔH(1)•其 中 Q 為 熱 釋 放 率 ; Af 為 液 面 面 積 ; △HCC 為 物 質 燃 燒 熱 ;χ 為 燃 燒 完 全 度 ;•m " 為 燃 料 燃 燒 質 量 損 失 率 。 分 析 液 體 燃 料 之 熱 釋 放 率 時 , Af 及 △HC 為 燃 燒 之範 圍 及 液 體 燃 料 性 質 , 但 χ 及•m"則 受 燃 燒 環 境 之 影 響 , 圖 1 為 液 體 燃 料 燃 燒 時1中 華 民 國 九 十 七 年 十 一 月 七 、 八 日台 北 市 國 立 台 灣 大 學 環 境 工 程 研 究 所

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2008 工 安 衛 / 防 災 研 討 會典 型 之 質 量 損 失 及 熱 量 傳 遞 (heat and mass transfer) 示 意 圖 ,Q • •"為 燃 料 燃 燒 後 對 燃料 之 熱 回 饋 (heat feedback), " 為 熱 量 散 失 (heat loss), m 為 燃 料 燃 燒 質 量 損 失L率 (mass loss rate), 另 有 空 氣 之 參 與 (air entrainment)。 如 有 外 加 熱 源 ( Q •, kW/mE"²),Lv 為 燃 料 之 潛 熱 (kJ/g), 燃 料 燃 燒 質 量 損 失 率 如 式 (2) 所 示 。mQ •" F• • ••'' QF " + QE" − QL"= (2)Lv圖 1 液 體 燃 料 燃 燒 時 典 型 之 質 量 損 失 及 熱 量 傳 遞 示 意 圖而 液 面 火 災 之 基 本 火 災 情 境 研 究 已 由 之 前 學 者 探 討 燃 燒 面 直 徑 (D) 與 液 面 下 降率 (R) 之 關 係 , 可 知 當 D

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2008 工 安 衛 / 防 災 研 討 會火 災 發 生 後 燃 料 之 燃 燒 狀 況 直 接 影 響 火 災 之 成 長 , 因 此 燃 料 之 燃 燒 速 率 是 火災 防 制 之 重 要 資 訊 。 許 多 燃 料 之 燃 燒 速 率 歷 程 圖 可 藉 由 相 關 儀 器 測 得 , 但 均 限 於空 燒 (free burning) 之 情 況 , 侷 限 空 間 火 災 由 小 火 擴 大 至 全 面 性 火 災 的 過 程 中 其 燃燒 速 率 將 受 天 花 板 、 牆 面 之 影 響 。Pretrel et al. [2] 提 出 開 放 空 間 與 侷 限 空 間 之 油盤 燃 燒 比 較 ( 如 圖 3), 其 提 出 三 個 時 期 分 別 為 初 期 、 不 穩 定 期 、 穩 定 期 , 火 災初 期 時 , 油 盤 燃 燒 行 為 與 開 放 空 間 相 似 , 表 示 火 災 初 期 熱 回 饋 不 明 顯 、 通 風 亦 不會 影 響 燃 料 之 燃 燒 , 但 在 不 穩 定 時 期 後 即 受 到 局 限 空 間 之 影 響 , 其 後 之 穩 定 期 乃因 熱 交 換 達 平 衡 之 故 。 然 而 其 原 因 並 未 深 入 探 討 , 各 期 之 分 界 亦 無 著 墨 。圖 3 侷 限 空 間 中 油 盤 燃 燒 情 形 ,其 分 為 三 時 期 ,1. 初 期 2. 不 穩 定期 3. 穩 定 期 。[2]本 研 究 即 以 實 驗 方 式 定 量 了 解 天 花 板 的 高 度 是 否 會 對 火 災 燃 料 燃 燒 速 率 產生 影 響 , 將 探 討 火 災 發 生 後 火 勢 成 長 過 程 中 何 時 其 燃 燒 速 率 會 受 天 花 板 影 響 , 並討 論 其 機 制 。二 、 研 究 方 法本 實 驗 量 測 兩 種 不 同 發 煙 性 之 燃 料 ( 異 丙 醇 、 汽 油 ) 及 三 種 大 小 油 盤 ( 異 丙 醇為 0.02835、003976、0.05309 m 2 、 汽 油 為 0.00785、0.01767、0.02835 m 2 ) 在 無 天花 板 ( 見 圖 4) 及 各 種 天 花 板 高 度 ( 見 圖 5) 下 之 燃 燒 速 率 。 此 外 並 量 測 無 天 花 板 情形 下 之 火 焰 高 度 , 方 法 為 設 立 一 已 於 各 高 度 標 定 位 置 之 標 尺 , 以 肉 眼 觀 測 火 焰 高度 , 記 錄 對 應 標 尺 之 高 度 , 由 於 火 焰 會 不 斷 跳 動 , 其 高 度 為 取 跳 動 範 圍 之 平 均 值 。天 花 板 以 面 積 1.5×1.5 ( m 2 )、 厚 度 0.6cm 之 矽 酸 鈣 板 構 成 , 並 以 數 位 天 平 (Loadcell) 測 量 燃 料 質 量 損 失 率 , 每 秒 記 錄 一 次 , 天 花 板 、 油 盤 及 天 平 中 心 處 成 一 垂直 線 。 具 天 花 板 遮 蔽 之 油 盤 燃 燒 時 , 測 得 的 質 量 損 失 率 將 與 無 遮 蔽 空 間 之 質 量 損失 率 做 比 對 , 以 瞭 解 天 花 板 高 度 及 油 盤 大 小 對 其 質 量 損 失 率 之 關 係 。 詳 細 變 因 如下 表 3。3中 華 民 國 九 十 七 年 十 一 月 七 、 八 日台 北 市 國 立 台 灣 大 學 環 境 工 程 研 究 所

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2008 工 安 衛 / 防 災 研 討 會表 3 實 驗 變 因 及 設 計變 因燃 料 種 類實 驗 設 計異 丙 醇 、 汽 油油 盤 面 積異 丙 醇 0.02835、003976、0.05309( m 2 ) 汽 油 0.00785、0.01767、0.02835天 花 板 高 度 (cm)30、40、45、50、55、65、80、85、90、95、100、105、130油 盤 放 置 處重 量 計圖 4 無 天 花 板 遮 蔽 之 燃 料 燃 燒 示 意 圖矽 酸 鈣 板油 盤 放 置 處油 盤 與 天 花 板之 距 離重 量 計圖 5 具 天 花 板 遮 蔽 之 燃 料 燃 燒 示 意 圖4中 華 民 國 九 十 七 年 十 一 月 七 、 八 日台 北 市 國 立 台 灣 大 學 環 境 工 程 研 究 所

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2008 工 安 衛 / 防 災 研 討 會三 、 結 果 與 討 論圖 6 為 油 盤 實 際 燃 燒 圖 , 將 燃 燒 情 況 分 為 三 類 , 圖 6(a) 顯 示 第 一 類 , 為 燃 料燃 燒 火 焰 並 未 碰 觸 至 天 花 板 之 情 形 ; 第 二 類 為 圖 6(b), 火 焰 頂 端 已 接 觸 天 花 板 ;第 三 類 為 圖 6(c), 火 焰 高 度 已 超 過 天 花 板 , 形 成 天 花 板 噴 流 (ceiling jet), 在 天 花板 下 方 出 現 圓 盤 狀 火 焰 , 此 三 類 火 焰 分 別 是 火 災 初 期 從 小 火 擴 大 至 大 火 的 三 階 段 。(a) (b) (c)圖 6 油 盤 實 際 燃 燒 圖表 4 為 空 燒 時 (free burning) 量 測 之 火 焰 高 度 , 圖 7 為 異 丙 醇 在 油 盤 面 積 0.05309m 2 、 天 花 板 高 度 95 cm 之 擷 取 數 據 , 各 油 盤 在 每 種 天 花 板 高 度 下 都 會 出 現 這 類 圖型 , 其 擷 取 數 據 標 準 為 當 質 量 損 失 率 維 持 於 穩 態 時 擷 取 , 如 圖 7 標 示 處 。 然 而 本 研究 之 質 量 損 失 率 並 為 如 Pretrel et al. [2] 所 示 出 現 不 穩 定 期 , 以 此 實 驗 為 例 , 於 100s初 期 後 即 出 現 穩 定 期 , 此 差 異 可 能 由 於 Pretrel et al. [2] 使 用 較 大 油 盤 之 故 。表 4 各 油 盤 之 火 焰 高 度燃 料 種 類 異 丙 醇 汽 油油 盤 面 積 (m 2 ) 0.02835 0.03976 0.05309 0.00785 0.01767 0.02835火 焰 高 度 (cm) 60 75 82.5 45 65 855中 華 民 國 九 十 七 年 十 一 月 七 、 八 日台 北 市 國 立 台 灣 大 學 環 境 工 程 研 究 所

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2008 工 安 衛 / 防 災 研 討 會圖 7 油 盤 面 積 0.05309 m 2 、 天 花 板 高 度 95 公 分 之 異 丙 醇 燃 燒 歷 程 圖圖 8、 圖 9 為 異 丙 醇 、 汽 油 在 相 同 天 花 板 高 度 下 之 單 位 面 積 質 量 損 失 率 圖 , 可見 油 盤 單 位 面 積 越 大 時 質 量 損 失 率 亦 較 大 , 其 原 因 為 大 油 盤 燃 燒 面 積 較 大 以 及 單位 面 積 所 受 熱 回 饋 較 多 , 導 致 大 油 盤 之 質 量 損 失 率 較 高 , 此 結 果 與 圖 2 吻 合 。 此 外 ,天 花 板 高 度 VS 質 量 損 失 率 之 曲 線 可 分 為 二 階 段 , 天 花 板 高 度 小 於 一 值 時 天 花 板 高度 越 小 質 量 損 失 率 越 大 ; 超 過 一 值 後 會 成 為 平 行 線 , 表 示 天 花 板 高 度 不 影 響 質 量損 失 率 。 當 天 花 板 高 度 越 低 時 , 其 火 焰 及 煙 層 離 油 盤 較 接 近 , 而 使 天 花 板 對 油 盤所 產 生 之 單 位 面 積 熱 回 饋 較 多 , 進 而 使 單 位 面 積 質 量 損 失 率 較 高 。為 去 除 油 盤 面 積 之 效 應 , 並 對 應 火 焰 高 度 , 圖 10、 圖 11 改 以 ( 天 花 板 高 度 ÷火 焰 高 度 ) 為 橫 軸 ,( 質 量 損 失 率 ÷ 空 燒 質 量 損 失 率 ) 為 縱 軸 , 發 現 在 相 同 油 盤 面積 (0.02835 m 2 ) 上 使 用 不 同 燃 料 ( 異 丙 醇 、 汽 油 ) 之 燃 燒 情 況 相 似 , 而 ( 天 花 板高 度 ÷ 火 焰 高 度 ) 為 1 時 使 曲 線 分 為 二 階 段 , 即 當 火 焰 高 度 小 於 天 花 板 高 度 ( 如 圖6(a)) 時 , 其 質 量 損 失 率 情 況 與 空 燒 相 似 , 原 因 為 火 焰 並 未 在 天 花 板 上 形 成 噴 流 ,所 以 天 花 板 所 產 生 之 熱 輻 射 不 足 以 影 響 燃 料 燃 燒 ; 當 火 焰 高 度 大 於 天 花 板 高 度 ( 如圖 6(c)) 時 , 其 質 量 損 失 率 將 有 所 成 長 , 原 因 為 火 焰 在 天 花 板 噴 流 , 導 致 天 花 板 上火 焰 所 產 生 之 熱 量 回 饋 至 燃 料 , 而 使 燃 料 燃 燒 速 率 顯 著 提 高 。 進 而 得 知 Pretrel et al.所 提 出 之 不 穩 定 情 況 下 燃 燒 較 旺 盛 , 其 原 因 可 能 為 火 焰 燃 燒 至 天 花 板 所 產 生 熱 回饋 至 燃 料 , 使 得 原 本 穩 態 火 焰 燃 燒 更 劇 烈 , 而 使 燃 料 燃 燒 更 快 速 。此 資 訊 可 對 目 前 居 室 火 災 初 期 成 長 過 程 中 之 現 象 提 出 解 釋 , 火 災 擴 大 之 歷 程中 , 若 其 高 度 未 及 天 花 板 , 其 質 量 損 失 率 均 不 受 天 花 板 影 響 , 與 空 燒 之 情 況 相 同 ,一 旦 觸 及 天 花 板 , 即 開 始 受 其 影 響 , 其 影 響 之 量 化 有 待 後 續 研 究 探 討 。6中 華 民 國 九 十 七 年 十 一 月 七 、 八 日台 北 市 國 立 台 灣 大 學 環 境 工 程 研 究 所

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2008 工 安 衛 / 防 災 研 討 會四 、 結 論1. 本 實 驗 使 兩 種 不 同 發 煙 性 之 燃 料 ( 異 丙 醇 、 汽 油 ) 及 三 種 大 小 油 盤 ( 異 丙 醇為 0.02835、003976、0.05309 m 2 、 汽 油 為 0.00785、0.01767、0.02835 m 2 )並 比 較 無 天 花 板 及 各 種 天 花 板 高 度 下 之 燃 燒 速 率 。2. 在 相 同 油 盤 面 積 (0.02835 m 2 ) 上 使 用 不 同 燃 料 ( 異 丙 醇 、 汽 油 ) 之 燃 燒情 況 相 似 。3. 在 相 同 天 花 板 高 度 下 , 油 盤 面 積 越 大 時 質 量 損 失 率 也 越 大 。4. 天 花 板 高 度 與 質 量 損 失 率 之 曲 線 可 分 為 二 階 段 :(1) 當 火 燄 高 度 小 於 天 花 板 高 度 時 , 其 單 位 面 積 質 量 損 失 率 無 影 響(2) 而 當 火 燄 高 度 大 於 天 花 板 高 度 時 , 其 單 位 面 積 質 量 損 失 率 將 有 明 顯 成長 , 天 花 板 高 度 越 低 , 其 質 量 損 失 率 也 明 顯 的 變 高 。質 量 損 失 率 (g/s m2)403020100異 丙 醇Af=0.02835 m2Af=0.03976 m2Af=0.05309 m20 20 40 60 80 100 120 140天 花 板 高 度 (cm)圖 8 異 丙 醇 燃 料 在 不 同 天 花 板 高 度 與 單 位 油 盤 面 積 質 量 損 失 率 之 關 係汽 油質 量 損 失 率 (g/s m2)403020100Af=0.00785 m2Af=0.01767 m2Af=0.02835 m20 20 40 60 80 100 120 140天 花 板 高 度 (cm)7中 華 民 國 九 十 七 年 十 一 月 七 、 八 日台 北 市 國 立 台 灣 大 學 環 境 工 程 研 究 所

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2008 工 安 衛 / 防 災 研 討 會圖 9 汽 油 燃 料 在 不 同 天 花 板 高 度 與 單 位 油 盤 面 積 質 量 損 失 率 之 關 係質 量 損 失 率 / 空 燒 質 量 損 失 率32.521.510.50異 丙 醇Af=0.02835 m2Af=0.03976 m2Af=0.05309 m20 0.5 1 1.5 2 2.5 3天 花 板 高 度 / 火 焰 高 度圖 10 異 丙 醇 燃 料 修 正 火 焰 高 度 與 空 燒 質 量 損 失 率 之 關 係 圖汽 油質 量 損 失 率 / 空 燒 質 量 損 失 率32.521.510.50Af=0.00785 m2Af=0.01767 m2Af=0.02835 m20 0.5 1 1.5 2 2.5 3天 花 板 高 度 / 火 焰 高 度圖 11 汽 油 燃 料 修 正 火 焰 高 度 與 空 燒 質 量 損 失 率 之 關 係 圖五 、 參 考 文 獻1. Drysdale D.,” An Introduction to Fire Dynamics”, Second Edition, John Wiley andSons, 1998.2. Pretrel, H., Querre, P. and Forestier, M., "Experimental Study Of Burning Rate Behaviour In ConfinedAnd Ventilated Fire Compartments," Fire Safety Science -- Proceedings of the Eight InternationalSymposium, International Association for Fire Safety Science, 2005, pp. 1217-12283. 蔡 匡 忠 ,2002,“ 消 防 工 程 特 論 ", 國 立 高 雄 第 一 科 技 大 學 , 課 堂 講 義 。8中 華 民 國 九 十 七 年 十 一 月 七 、 八 日台 北 市 國 立 台 灣 大 學 環 境 工 程 研 究 所

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2010 公 安 衛 / 防 災 研 討 會侷 限 空 間 火 災 中 不 同 開 口 模 式 對 閃 燃 發 生 機 制 之 研 究侷 限 空 間 火 災 中 不 同 開 口 模 式 對 閃 燃 發 生 機 制 之 研 究鐘 偉 庭 , 國 立 高 雄 第 一 科 技 大 學 環 境 與 安 全 衛 生 工 程 系 碩 士 班 研 究 生蔡 匡 忠 , 國 立 高 雄 第 一 科 技 大 學 環 境 與 安 全 衛 生 工 程 系 助 理 教 授計 畫 編 號 :NSC96-2221-E-327-015-MY3摘 要火 災 在 侷 限 空 間 中 成 長 時 , 由 局 部 燃 燒 瞬 間 擴 大 成 全 面 燃 燒 之 「 閃 燃 」 階 段後 進 入 全 盛 期 , 閃 燃 後 所 伴 隨 的 火 焰 及 高 溫 會 造 成 人 們 生 命 財 產 上 的 損 失 。 先 前學 者 僅 針 對 「 單 一 開 口 」 門 型 式 定 義 閃 燃 現 象 , 其 中 包 括 火 焰 竄 出 房 間 門 口 、 房間 內 報 紙 自 燃 、 天 花 板 下 溫 度 600℃、 地 板 熱 通 量 達 20 kW/m 2 及 熱 釋 放 率 達 1 MW這 五 種 指 標 , 但 均 未 探 討 不 同 的 開 口 模 式 是 否 會 對 閃 燃 的 判 定 造 成 影 響 , 本 研 究將 探 討 不 同 開 口 模 式 下 閃 燃 的 判 定 機 制 。 本 研 究 在 1/3 ISO 9705 尺 寸 房 間 中 以 不同 燃 料 ( 汽 油 、 異 丙 醇 ) 不 同 開 口 模 式 ( 全 開 、2/3 開 上 、2/3 開 下 ) 進 行 實 驗 ,量 測 火 焰 竄 出 門 口 時 間 、 地 板 報 紙 引 燃 時 間 、 天 花 板 下 方 溫 度 、 地 板 熱 通 量 、 熱釋 放 率 及 燃 料 質 量 損 失 率 , 評 估 不 同 開 口 模 式 對 燃 料 燃 燒 之 關 係 。 結 果 顯 示 , 閃燃 的 判 定 標 準 應 為 火 焰 竄 出 門 口 , 因 閃 燃 是 種 熱 不 穩 定 現 象 , 而 火 焰 竄 出 門 口 為熱 不 穩 定 現 象 所 產 生 的 結 果 。 且 開 口 模 式 會 對 閃 燃 時 間 及 閃 燃 後 所 伴 隨 的 現 象 造成 差 異 : 火 焰 竄 出 門 口 的 時 間 為 2/3 開 下 >2/3 開 上 及 全 開 , 天 花 板 溫 度 、 地 板熱 通 量 及 熱 釋 放 率 皆 為 2/3 開 下 >2/3 開 上 > 全 開 , 因 此 , 天 花 板 下 方 溫 度 600℃及 地 板 熱 通 量 20 kW/m 2 之 閃 燃 指 標 應 隨 著 開 口 模 式 改 變 。關 鍵 字 : 侷 限 空 間 火 災 、 閃 燃 、 開 口 模 式一 、 前 言侷 限 空 間 火 災 的 成 長 過 程 可 分 為 數 個 時 期 從 起 火 後 著 火 物 慢 慢 擴 大 延 燒 之「 成 長 期 」、 局 部 燃 燒 瞬 間 擴 大 成 全 面 燃 燒 之 「 閃 燃 」 階 段 、 火 勢 全 面 燃 燒 之 「 全盛 期 」 及 嚴 重 燒 損 到 熄 火 之 「 衰 退 期 」。( 圖 1) 當 建 築 物 火 災 一 旦 發 生 閃 燃(flashover), 火 災 即 進 入 最 劇 烈 的 燃 燒 階 段 並 產 生 大 量 的 煙 及 毒 氣 , 若 人 員 無 法在 發 生 閃 燃 之 前 逃 生 , 則 難 以 倖 免 , 因 此 閃 燃 期 為 防 火 工 程 極 力 避 免 人 員 傷 亡 及財 物 損 失 之 重 要 階 段 。1中 華 民 國 九 十 九 年 十 一 月 十 二 、 十 三 日屏 東 縣 國 立 屏 東 科 技 大 學 環 境 工 程 與 科 學 系

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2010 公 安 衛 / 防 災 研 討 會侷 限 空 間 火 災 中 不 同 開 口 模 式 對 閃 燃 發 生 機 制 之 研 究圖 1 火 災 成 長 過 程 示 意 圖 (Drysdale, 1998)閃 燃 定 義 為 火 勢 持 續 成 長 時 , 因 煙 層 累 積 , 增 加 向 下 的 輻 射 熱 強 度 , 而 增 加的 輻 射 熱 不 只 增 加 已 燃 可 燃 物 的 燃 燒 速 度 , 相 對 的 也 會 加 速 其 它 未 燃 物 熱 裂 解 以產 生 可 燃 蒸 氣 , 一 旦 此 氣 體 與 空 氣 之 混 合 氣 體 濃 度 達 到 燃 燒 界 限 時 , 且 溫 度 已 達多 數 材 料 之 引 燃 點 或 以 上 , 則 會 產 生 瞬 間 爆 發 使 整 個 室 內 頓 時 陷 入 火 海 之 中 稱之 , 亦 即 使 局 部 燃 燒 瞬 間 擴 大 至 整 體 燃 燒 , 所 釋 放 的 熱 能 、 煙 與 毒 性 氣 體 在 瞬 間亦 突 然 大 量 增 加 , 超 過 人 類 可 承 受 之 限 度 。 因 閃 燃 危 害 之 嚴 重 性 , 若 能 避 免 或 延遲 閃 燃 的 發 生 , 則 可 進 ㄧ 步 減 少 人 員 或 財 物 的 損 失 。 因 此 早 在 四 十 年 前 就 有 學 者針 對 閃 燃 進 行 研 究 。Kennedy (1961) 提 出 火 燄 從 門 口 竄 出 與 地 板 報 紙 的 引 燃 , 定義 為 閃 燃 現 象 的 發 生 。Thomas (1982) 提 出 閃 燃 定 義 為 :(1) 火 場 由 局 部 燃 燒 瞬間 擴 大 到 全 面 性 燃 燒 (2) 火 災 初 期 由 燃 料 控 制 (fuel controlled) 轉 換 為 通 風 控 制(ventilation controlled) 火 災 (3) 瞬 間 引 燃 侷 限 空 間 中 之 可 燃 蒸 氣 。Patrick et al.(1992) 針 對 閃 燃 現 象 歸 納 出 以 下 幾 點 (1) 房 間 天 花 板 下 方 溫 度 達 600 ℃(2) 地板 熱 通 量 達 20 kW/m 2 及 (3) 熱 釋 放 率 達 1 MW(4) 火 焰 竄 出 房 間 門 口 (5) 房間 內 報 紙 自 燃 這 5 種 指 標 , 然 而 , 所 使 用 之 空 間 多 僅 具 「 單 一 門 」(one door opening)開 口 , 但 實 際 侷 限 空 間 之 開 口 模 式 另 包 含 「 窗 」 型 式 , 本 研 究 的 將 探 討 不 同 通 風模 式 下 , 閃 燃 的 判 定 機 制 。二 、 研 究 方 法本 實 驗 使 用 縮 小 1/3 ISO 9705 模 型 屋 進 行 實 驗 ( 詳 細 配 置 如 圖 2), 於 門 口 設置 熱 電 偶 樹 (Thermocouple tree), 天 花 板 角 落 之 下 方 10 公 分 處 設 置 熱 電 偶(Thermocouple-a、Thermocouple-b), 並 於 地 板 放 置 報 紙 及 熱 通 量 計 , 實 驗 將 分 為三 種 開 口 模 式 , 分 別 為 全 開 、2/3 開 上 及 2/3 開 下 , 實 驗 使 用 兩 種 不 同 發 煙 性 之燃 料 ( 異 丙 醇 、 汽 油 ) 及 數 種 大 小 油 盤 ( 油 盤 直 徑 : 異 丙 醇 為 22.5、26、30 cm、 汽油 為 19、22.5、26 cm); 實 驗 時 , 將 報 紙 放 置 於 門 口 , 並 一 引 火 源 引 燃 油 盤 , 引燃 後 將 可 測 得 油 盤 質 量 損 失 率 、 火 焰 竄 出 門 口 、 報 紙 引 燃 時 間 、 天 花 板 下 方 溫 度 、地 板 熱 通 量 及 熱 釋 放 率 , 詳 細 變 因 如 下 表 1。2中 華 民 國 九 十 九 年 十 一 月 十 二 、 十 三 日屏 東 縣 國 立 屏 東 科 技 大 學 環 境 工 程 與 科 學 系

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2010 公 安 衛 / 防 災 研 討 會侷 限 空 間 火 災 中 不 同 開 口 模 式 對 閃 燃 發 生 機 制 之 研 究圖 2 ISO 9705 縮 小 尺 寸 房 間 示 意 圖表 1 實 驗 變 因變 因燃 料油 盤 直 徑開 口 高 度及 位 置 (cm)開 口實 驗 設 計汽 油 、 異 丙 醇汽 油 :19、22.5、26 (cm)異 丙 醇 22.5、26、30 (cm)WL 2HH 80 53 53L 1 0 27 0L 2 0 0 27W 30 30 30L 13中 華 民 國 九 十 九 年 十 一 月 十 二 、 十 三 日屏 東 縣 國 立 屏 東 科 技 大 學 環 境 工 程 與 科 學 系

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2010 公 安 衛 / 防 災 研 討 會侷 限 空 間 火 災 中 不 同 開 口 模 式 對 閃 燃 發 生 機 制 之 研 究三 、 實 驗 結 果表 2 為 汽 油 及 異 丙 醇 實 驗 之 閃 燃 時 間 , 閃 燃 時 間 包 含 侷 限 空 間 中 火 焰 竄 出 門口 及 地 板 報 紙 自 燃 , 大 部 分 火 焰 竄 出 門 口 時 間 較 地 板 報 紙 自 燃 時 間 早 , 而 火 焰 竄出 門 口 的 時 間 為 2/3 開 下 >2/3 開 上 及 全 開 。 以 下 將 分 別 針 對 未 發 生 閃 燃 及 發 生閃 燃 之 情 況 討 論 。表 2 汽 油 及 異 丙 醇 實 驗 閃 燃 時 間時 間 (s)油 盤 直 徑燃 料開 口 模 式(cm)火 焰 竄 出 門 口 報 紙 引 燃汽 油異 丙 醇2622.519302622.5全 開 25 402/3 開 上 24 362/3 開 下 36 43全 開 95 1252/3 開 上 123 1352/3 開 下 178 152全 開 no flashover no flashover2/3 開 上 no flashover no flashover2/3 開 下 no flashover no flashover全 開 66 1052/3 開 上 51 702/3 開 下 85 72全 開 162 2132/3 開 上 161 1862/3 開 下 156 156全 開 no flashover no flashover2/3 開 上 no flashover no flashover2/3 開 下 no flashover no flashover4中 華 民 國 九 十 九 年 十 一 月 十 二 、 十 三 日屏 東 縣 國 立 屏 東 科 技 大 學 環 境 工 程 與 科 學 系

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2010 公 安 衛 / 防 災 研 討 會侷 限 空 間 火 災 中 不 同 開 口 模 式 對 閃 燃 發 生 機 制 之 研 究1. 未 發 生 閃 燃 現 象圖 3 為 異 丙 醇 油 盤 直 徑 為 22.5cm 之 質 量 損 失 率 圖 , 其 中 包 含 全 開 口 、2/3 開口 位 於 上 方 及 2/3 開 口 位 於 下 方 ( 分 別 為 圖 中 實 線 、 長 虛 線 及 短 虛 線 ), 從 圖 中可 發 現 不 同 開 口 模 式 對 燃 料 質 量 損 失 率 並 無 影 響 , 原 因 為 侷 限 空 間 中 氧 氣 量 充足 , 門 檻 及 門 楣 並 不 會 影 響 燃 料 燃 燒 所 需 的 空 氣 量 。 圖 4 中 可 觀 察 到 不 同 開 口 模式 也 不 影 響 燃 燒 後 所 產 生 的 熱 量 , 使 得 各 種 開 口 模 式 天 花 板 下 方 溫 度 也 相 似 , 而天 花 板 下 方 溫 度 約 在 350℃ 左 右 。 此 外 , 圖 5 及 圖 6 分 別 是 地 板 熱 通 及 熱 釋 放 率圖 , 在 二 圖 中 皆 可 發 現 不 同 開 口 模 式 皆 不 會 影 響 燃 料 燃 燒 後 的 地 板 熱 通 量 及 熱 釋放 率 。 最 主 要 原 因 為 未 發 生 閃 燃 之 燃 燒 皆 為 燃 料 控 制 , 所 以 開 口 模 式 將 不 會 影 響燃 料 燃 燒 情 況 。 此 外 , 未 發 生 閃 燃 情 況 之 汽 油 油 盤 直 徑 19cm 的 趨 勢 與 此 結 果 一致 。2. 發 生 閃 燃 現 象圖 7 為 異 丙 醇 油 盤 直 徑 26cm 之 質 量 損 失 率 圖 , 閃 燃 前 120 秒 , 全 開 、2/3開 上 及 2/3 開 下 質 量 損 失 率 皆 相 似 , 閃 燃 時 , 質 量 損 失 率 為 2/3 開 下 >2/3 開 下 >全 開 , 原 因 為 門 楣 可 使 天 花 板 下 方 累 積 較 多 熱 煙 氣 , 而 較 厚 的 熱 氣 層 對 燃 料 造 成的 熱 回 饋 也 較 多 , 使 燃 料 燃 燒 之 質 量 損 失 率 較 高 , 而 天 花 板 下 方 溫 度 也 是 2/3 開下 >2/3 開 上 > 全 開 ( 圖 8),2/3 開 下 之 天 花 板 下 方 煙 層 所 產 生 的 熱 回 饋 較 多 , 其原 因 為 門 楣 可 使 天 花 板 下 方 累 積 較 多 熱 煙 氣 , 所 以 2/3 開 下 的 熱 回 饋 較 多 , 造 成2/3 開 下 的 地 板 熱 通 量 較 高 , 其 次 為 2/3 開 上 , 而 全 開 為 最 小 ( 圖 9), 最 後 在 圖 10熱 釋 放 率 圖 中 , 可 觀 察 到 燃 燒 後 所 產 生 的 熱 釋 放 率 也 是 2/3 開 下 >2/3 開 下 > 全開 。 此 外 , 異 丙 醇 油 盤 直 徑 30cm 及 汽 油 油 盤 直 徑 22.5、26cm 的 結 果 與 此 結 果一 致 。圖 3 異 丙 醇 各 種 開 口 模 式 實 驗 之 質 量 損 失 率 圖 ( 油 盤 直 徑 =22.5cm)5中 華 民 國 九 十 九 年 十 一 月 十 二 、 十 三 日屏 東 縣 國 立 屏 東 科 技 大 學 環 境 工 程 與 科 學 系

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2010 公 安 衛 / 防 災 研 討 會侷 限 空 間 火 災 中 不 同 開 口 模 式 對 閃 燃 發 生 機 制 之 研 究圖 4 異 丙 醇 各 種 開 口 模 式 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 油 盤 直 徑 =22.5cm)圖 5 異 丙 醇 各 種 開 口 模 式 實 驗 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 油 盤 直 徑 =22.5cm)圖 6 異 丙 醇 各 種 開 口 模 式 實 驗 之 熱 釋 放 率 圖 ( 油 盤 直 徑 =22.5cm)6中 華 民 國 九 十 九 年 十 一 月 十 二 、 十 三 日屏 東 縣 國 立 屏 東 科 技 大 學 環 境 工 程 與 科 學 系

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2010 公 安 衛 / 防 災 研 討 會侷 限 空 間 火 災 中 不 同 開 口 模 式 對 閃 燃 發 生 機 制 之 研 究圖 7 異 丙 醇 各 種 開 口 模 式 實 驗 之 質 量 損 失 率 圖 ( 油 盤 直 徑 =26cm)( 註 :■ 為 火 焰 竄 出 門 口 時 間 、▲ 為 報 紙 被 引 燃 時 間 )圖 8 異 丙 醇 各 種 開 口 模 式 實 驗 之 天 花 板 溫 度 圖 ( 油 盤 直 徑 =26cm)圖 9 異 丙 醇 各 種 開 口 模 式 實 驗 之 地 板 熱 通 量 圖 ( 油 盤 直 徑 =26cm)( 註 :■ 為 火 焰 竄 出 門 口 時 間 、▲ 為 報 紙 及 被 引 燃 時 間 )7中 華 民 國 九 十 九 年 十 一 月 十 二 、 十 三 日屏 東 縣 國 立 屏 東 科 技 大 學 環 境 工 程 與 科 學 系

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2010 公 安 衛 / 防 災 研 討 會侷 限 空 間 火 災 中 不 同 開 口 模 式 對 閃 燃 發 生 機 制 之 研 究圖 10 異 丙 醇 各 種 開 口 模 式 實 驗 之 熱 釋 放 率 圖 ( 油 盤 直 徑 =26cm)四 、 討 論1. 未 發 生 閃 燃 現 象表 3 為 汽 油 及 異 丙 醇 未 發 生 閃 燃 現 象 之 燃 燒 情 況 , 當 燃 料 被 引 燃 後 , 經 過 短時 間 的 成 長 將 會 形 成 穩 態 , 擷 取 穩 態 時 各 開 口 模 式 之 數 據 , 其 質 量 損 失 率 、 天 花板 溫 度 、 地 板 熱 通 量 及 熱 釋 放 率 皆 相 似 , 原 因 為 閃 燃 前 之 燃 燒 皆 為 燃 料 控 制 , 閃燃 後 才 轉 變 為 通 風 控 制 , 所 以 未 發 生 閃 燃 現 象 之 燃 燒 情 況 皆 為 燃 料 控 制 , 開 口 模式 將 不 會 對 燃 料 燃 燒 情 況 造 成 影 響 , 並 且 燃 料 本 身 的 性 質 ( 如 揮 發 速 率 、 自 燃 溫度 及 潛 熱 ) 也 不 會 對 燃 料 的 燃 燒 情 況 造 成 影 響 。表 3 汽 油 及 異 丙 醇 未 閃 燃 之 各 種 開 口 模 式 實 驗 穩 態 燃 燒 狀 況 ( 時 間 :200 秒 )燃 料油 盤 直 徑 開 口 質 料 損 失 率 天 花 板 溫 度 (℃) 熱 通 量 熱 釋 放 率(cm) 模 式 (g/s) a b (kW/m 2 ) (kW)全 開 0.60±0.01 375.3±3.3 333.6±2.2 9.4±0.1 20.5±0.1汽 油 19 2/3 開 上 0.73±0.04 462.4±30.1 378.6±10.4 12.8±0.7 26.5±0.12/3 開 下 0.59±0.01 447.6±18.9 375.5±1.8 11.9±0.1 21.3±0.5全 開 0.99±0.07 434.0±19.4 385.7±5.4 11.1±1.2 27.5±2.1異 丙 醇 22.5 2/3 開 上 0.81±0.02 405.4±0.0 349.6±3.9 8.8±0.1 22.2±0.32/3 開 下 0.81±0.04 459.0±17.4 404.1±10.5 11.0±0.8 23.6±1.48中 華 民 國 九 十 九 年 十 一 月 十 二 、 十 三 日屏 東 縣 國 立 屏 東 科 技 大 學 環 境 工 程 與 科 學 系

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2010 公 安 衛 / 防 災 研 討 會侷 限 空 間 火 災 中 不 同 開 口 模 式 對 閃 燃 發 生 機 制 之 研 究2. 發 生 閃 燃 現 象目 前 閃 燃 判 定 有 (1) 房 間 天 花 板 下 方 溫 度 達 600 ℃(2) 地 板 熱 通 量 達 20kW/m 2 及 (3) 熱 釋 放 率 達 1 MW(4) 火 焰 竄 出 房 間 門 口 (5) 房 間 內 報 紙 自 燃這 5 種 指 標 。 上 述 前 三 項 指 標 是 在 ISO 9705 房 間 試 驗 中 , 當 閃 燃 發 生 時 , 統 計 量測 數 據 ( 質 量 損 失 率 、 天 花 板 溫 度 、 地 板 熱 通 量 及 熱 釋 放 率 ) 而 得 之 結 果 。 而 本實 驗 將 針 對 火 焰 竄 出 門 口 及 報 紙 引 燃 時 間 紀 錄 當 時 天 花 板 下 方 溫 度 、 地 板 熱 通 量及 熱 釋 放 率 進 行 分 析 。Tsai et al. (2010) 指 出 閃 燃 的 發 生 原 因 為 熱 不 穩 定 現 象 , 而 火 焰 竄 出 門 、 地 板報 紙 自 燃 、 天 花 板 下 溫 度 600℃、 地 板 熱 通 量 20 kW/m 2 皆 是 閃 燃 後 所 伴 隨 的 現象 , 並 非 導 致 閃 燃 的 原 因 ; 本 研 究 將 以 火 焰 竄 出 門 口 為 閃 燃 的 判 定 標 準 , 因 火 焰竄 出 門 口 是 種 熱 不 穩 定 現 象 , 而 地 板 報 紙 自 燃 不 能 成 為 閃 燃 的 判 定 指 標 , 原 因 為可 燃 物 本 身 只 要 吸 收 足 夠 的 熱 量 便 會 引 燃 , 即 使 未 達 到 熱 不 穩 定 現 象 也 會 引 燃 ,所 以 地 板 報 紙 引 燃 並 不 能 成 為 閃 燃 的 判 定 指 標 , 而 本 研 究 將 火 焰 竄 出 門 口 及 地 板報 紙 自 燃 之 實 驗 數 據 整 理 出 表 4 及 表 5, 其 中 表 4 為 各 種 開 口 模 式 下 火 焰 竄 出 門口 時 的 天 花 板 溫 度 、 地 板 熱 通 量 及 熱 釋 放 率 , 可 從 表 中 發 現 火 焰 竄 出 門 口 的 時 間為 2/3 開 下 >2/3 開 上 及 全 開 , 而 天 花 板 下 溫 度 、 地 板 熱 通 量 、 熱 釋 放 率 皆 為 2/3開 下 >2/3 開 上 > 全 開 ; 當 2/3 開 下 時 , 天 花 板 溫 度 為 680 至 730℃、 地 板 熱 通 量為 27 至 36 kW/m 2 、 熱 釋 放 率 為 52 至 75kW; 當 2/3 開 上 時 , 天 花 板 溫 度 為 630至 660℃、 地 板 熱 通 量 為 21 至 23 kW/m 2 、 熱 釋 放 率 為 49 至 51kW; 當 全 開 時 ,天 花 板 溫 度 為 480 至 600℃、 地 板 熱 通 量 為 16 至 19 kW/m 2 、 熱 釋 放 率 為 42 至54kW, 由 此 得 知 不 同 的 開 口 型 式 , 其 閃 燃 後 所 伴 隨 的 現 象 也 有 所 不 同 , 所 以 前人 所 研 究 的 結 果 天 花 板 下 溫 度 600℃ 及 地 板 熱 通 量 20 kW/m 2 並 不 適 用 在 所 有 的開 口 模 式 下 , 應 為 各 種 開 口 模 式 分 別 進 行 定 量 , 而 前 人 研 究 所 得 的 熱 釋 放 率 為1MW 與 本 實 驗 的 結 果 差 異 盛 大 , 其 原 因 為 前 人 多 數 使 用 ISO 9705 的 標 準 房 間 ,而 本 研 究 使 用 縮 小 三 分 之 一 的 ISO 9705, 所 以 會 造 成 熱 釋 放 率 上 的 差 異 。 表 5 為各 種 開 口 模 式 下 報 紙 被 引 燃 時 的 天 花 板 溫 度 、 地 板 熱 通 量 及 熱 釋 放 率 圖 , 若 以 地板 報 紙 自 燃 為 閃 燃 指 標 時 , 其 各 種 開 口 模 式 下 天 花 板 下 溫 度 、 地 板 熱 通 量 及 熱 釋放 率 皆 相 似 , 原 因 為 當 報 紙 吸 收 到 足 夠 熱 量 便 會 引 燃 , 所 以 當 報 紙 引 燃 時 , 當 時天 花 板 下 溫 度 、 地 板 熱 通 量 及 熱 釋 放 率 皆 會 相 似 , 以 至 於 地 板 報 紙 引 燃 不 適 合 做為 閃 燃 的 判 定 標 準 。9中 華 民 國 九 十 九 年 十 一 月 十 二 、 十 三 日屏 東 縣 國 立 屏 東 科 技 大 學 環 境 工 程 與 科 學 系

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2010 公 安 衛 / 防 災 研 討 會侷 限 空 間 火 災 中 不 同 開 口 模 式 對 閃 燃 發 生 機 制 之 研 究表 4 汽 油 、 異 丙 醇 實 驗 中 火 焰 竄 出 門 口 時 的 天 花 板 溫 度 、 地 板 熱 通 量 及 熱 釋 放燃 料汽 油異 丙 醇油 盤 直 徑(cm)2622.53026開 口模 式時 間 (s)火 焰 竄 出率天 花 板 溫 度 (℃)門 口 a b火 焰 竄 出 門 口 時熱 通 量(kW/m 2 )熱 釋 放 率(kW)全 開 25 535.2±17.5 305.6±21.5 19.3±1.1 46.0±1.72/3 開 上 24 530.3±16.3 334.6±34.0 22.4±1.1 50.0±3.62/3 開 下 36 680.9±22.6 436.1±27.1 31.8±2.3 61.5±3.5全 開 95 480.7±29.0 413.8±41.1 19.9±1.9 42.2±0.32/3 開 上 123 637.0±3.4 460.3±28.1 22.1±1.5 49.0±1.22/3 開 下 178 695.0±13.7 591.7±44.0 32.2±3.7 57.8±6.1全 開 66 571.2±11.6 447.4±46.8 16.8±0.7 54.5±0.92/3 開 上 51 609.6±46.5 444.1±41.6 23.6±3.1 51.8±0.82/3 開 下 85 737.9±93.7 624.9±40.7 36.1±5.3 75.9±8.5全 開 162 602.6±40.6 442.9±23.9 16.3±2.0 45.3±3.32/3 開 上 161 659.8±0.6 507.4±2.1 21.4±0.0 49.3±1.82/3 開 下 156 704.9±7.7 591.6±9.1 27.4±0.5 52.2±1.5表 5 汽 油 、 異 丙 醇 實 驗 中 報 紙 引 燃 時 的 天 花 板 溫 度 、 地 板 熱 通 量 及 熱 釋 放 率燃 料汽 油異 丙 醇時 間 (s)地 板 報 紙 引 燃 時油 盤 直 徑 開 口天 花 板 溫 度 (℃) 熱 通 量 熱 釋 放 率(cm) 模 式 報 紙 引 燃a b (kW/m 2 ) (kW)全 開 40 706.6±0.8 574.5±6.3 41.3±0.2 96.2±2.226 2/3 開 上 36 721.9±6.7 556.5±13.3 42.8±2.9 83.9±4.12/3 開 下 43 754.6±14.2 533.4±29.1 42.7±2.0 80.0±5.8全 開 125 626.6±7.2 581.9±10.6 29.8±0.3 68.0±2.922.5 2/3 開 上 135 715.5±23.1 521.7±30.2 28.1±2.2 61.4±2.22/3 開 下 152 635.3±0.4 535.8±26.3 26.2±1.9 48.2±0.3全 開 105 692.5±25.6 624.0±15.1 29.2±0.4 73.2±1.030 2/3 開 上 70 729.5±17.8 547.8±19.0 35.7±0.4 69.9±6.42/3 開 下 72 685.6±41.4 594.6±10.5 31.4±0.6 67.2±0.2全 開 213 680.5±8.6 590.3±4.8 29.4±0.2 69.7±0.726 2/3 開 上 186 771.7±15.3 586.6±7.5 29.3±1.5 60.5±0.32/3 開 下 156 727.1±18.3 611.3±6.5 30.5±0.1 55.5±1.910中 華 民 國 九 十 九 年 十 一 月 十 二 、 十 三 日屏 東 縣 國 立 屏 東 科 技 大 學 環 境 工 程 與 科 學 系

中 華 民 國 環 境 工 程 學 會 2010 公 安 衛 / 防 災 研 討 會侷 限 空 間 火 災 中 不 同 開 口 模 式 對 閃 燃 發 生 機 制 之 研 究五 、 結 論1. 開 口 模 式 確 實 會 對 閃 燃 時 間 及 閃 燃 後 所 伴 隨 的 現 象 造 成 差 異 。(1) 當 開 口 在 上 時 , 火 焰 竄 出 門 口 的 時 間 會 較 地 板 報 紙 自 燃 時 早 。(2) 當 開 口 在 下 時 , 火 焰 竄 出 門 口 的 時 間 會 較 地 板 報 紙 自 燃 晚 。2. 閃 燃 的 判 定 標 準 應 為 火 焰 竄 出 門 口 , 因 閃 燃 是 種 熱 不 穩 定 現 象 , 而 火 焰 竄 出門 口 為 熱 不 穩 定 現 象 所 產 生 的 結 果 ; 不 同 的 開 口 模 式 下 , 在 閃 燃 時 所 伴 隨 的現 象 也 會 有 所 不 同 ; 火 焰 竄 出 門 口 的 時 間 為 2/3 開 下 >2/3 開 上 及 全 開 , 天花 板 溫 度 、 地 板 熱 通 量 及 熱 釋 放 率 皆 為 2/3 開 下 >2/3 開 上 > 全 開 。3. 當 以 火 焰 竄 出 門 口 為 閃 燃 判 定 標 準 時 , 各 種 開 口 模 式 所 伴 隨 的 現 象 也 有 所 差異 , 其 差 異 如 下 所 示 :(1) 當 開 口 模 式 為 2/3 開 下 時 , 天 花 板 溫 度 為 680 至 730℃、 地 板 熱 通 量 為27 至 36 kW/m 2 、 熱 釋 放 率 為 52 至 75kW(2) 當 開 口 模 式 為 2/3 開 上 時 , 天 花 板 溫 度 為 630 至 660℃、 地 板 熱 通 量 為21 至 23 kW/m 2 、 熱 釋 放 率 為 49 至 51kW(3) 當 開 口 模 式 為 全 開 時 , 天 花 板 溫 度 為 480 至 600℃、 地 板 熱 通 量 為 16至 19 kW/m 2 、 熱 釋 放 率 為 42 至 54kW參 考 文 獻1. Drysdale D.,” An Introduction to Fire Dynamics”, Second Edition, John Wiley andSons, 1998.2. Kennedy P., Kennedy K., “Flashover and fire analysis”, A discussion of thepractical use of flashover In fire investigation, August, 2003.3. Thomas P.H., “Modelling of compartment fires”, 6 th International Fire ProtectionSeminar, Karlsruhe, pp.29-46. Vereinigung zur Forderung des DeutschenBrandschutzes,ev.4. Patrick M.K., Kathryn C.K., “Flashover and Fire Analysis-A Discussion of thePractical Use of Flashover in Fire Investigation”. CFEI, 2003.5. Kuang-Chung Tsai, Wei-Ting Chung, “Clarifying the mechanism of flashoverfrom the view of unburned fuel volatiles and secondary fuels”, Proceedings of theCombustion Institute, 2010.11中 華 民 國 九 十 九 年 十 一 月 十 二 、 十 三 日屏 東 縣 國 立 屏 東 科 技 大 學 環 境 工 程 與 科 學 系

國 科 會 補 助 專 題 研 究 計 畫 項 下 出 席 國 際 學 術 會 議 心 得 報 告日 期 : 99 年 8 月 31 日計 畫 編 號計 畫 名 稱NSC 99-2221-E-327-015-MY3不 同 通 風 模 式 對 閃 燃 發 生 之 效 應 探 討出 國 人 員姓 名會 議 時 間蔡 匡 忠99 年 8 月 1 日 至99 年 8 月 6 日服 務 機 構及 職 稱會 議 地 點高 科 大 環 安 系 副 教 授中 國 北 京會 議 名 稱發 表 論 文題 目( 中 文 ) 第 三 十 三 屆 燃 燒 學 會 國 際 研 討 會( 英 文 )33 rd International Symposium on Combustion( 中 文 ) 以 未 燃 可 燃 蒸 氣 及 第 二 著 火 物 澄 清 閃 燃 發 生 機 制 之 研 究( 英 文 )Clarifying the mechanism of flashover from the view of unburnedfuel volatiles and secondary fuels一 、 參 加 會 議 經 過本 研 討 會 為 世 界 燃 燒 學 會 所 舉 辦 最 重 要 之 研 討 會 , 每 二 年 舉 辦 一 次 , 本 屆 共 分 五天 、 七 個 場 次 發 表 397 篇 論 文 、515 篇 海 報 , 含 括 燃 燒 領 域 中 turbulent flames、reactionkinetics、laminar flames、stationary combustion、gas turbine combustion、coal combustion、detonations、I.C. engines emission、heterogeneous combustion、soot、spray and droplets、diagnostics、fire、new technology 等 。 一 般 而 言 此 研 討 會 接 受 發 表 之 比 例 為 1/3, 為 水 準甚 高 之 研 討 會 , 且 研 討 會 論 文 直 接 成 為 SCI 期 刊 論 文 (IF=3.256), 本 次 台 灣 發 表 者 除 本人 外 另 有 成 大 趙 怡 欽 教 授 ( 三 篇 )、 中 央 施 聖 洋 教 授 、 台 大 潘 國 隆 教 授 、 成 大 吳 明 勳 教授 共 七 篇 , 為 我 國 歷 年 來 發 表 最 多 人 次 的 一 屆 。

本 次 本 人 發 表 之 內 容 為 ”Clarifying the mechanism of flashover from the view ofunburned fuel volatiles and secondary fuels”( 以 未 燃 可 燃 蒸 氣 及 第 二 著 火 物 澄 清 閃 燃 發 生機 制 之 研 究 )。 因 閃 燃 定 義 中 理 論 上 是 由 於 侷 限 空 間 中 熱 煙 層 的 熱 不 穩 定 性 (thermalinstability) 所 造 成 , 但 實 驗 觀 察 多 以 火 焰 竄 出 門 口 或 第 二 可 燃 物 ( 例 如 報 紙 ) 被 引 燃 作為 指 標 。 火 焰 竄 出 門 口 來 自 於 閃 燃 時 侷 限 空 間 中 未 燃 之 可 燃 性 蒸 氣 被 引 燃 , 因 而 常 被 誤以 為 是 預 混 燃 燒 (premixed combustion), 第 二 可 燃 物 ( 報 紙 ) 被 引 燃 代 表 全 面 性 火 災 。 上述 的 各 項 定 義 來 自 不 同 的 物 理 及 化 學 現 象 , 定 義 的 對 象 包 括 熱 煙 層 、 引 發 門 口 竄 出 火 焰之 未 燃 可 燃 性 蒸 氣 及 第 二 可 燃 物 , 理 論 上 之 熱 不 穩 定 性 (thermal instability) 似 乎 無 法 與 火焰 竄 出 門 口 或 報 紙 引 燃 對 應 。 本 研 究 於 1/3 ISO 9705 縮 小 實 驗 屋 利 用 單 油 盤 及 雙 油 盤 進行 實 驗 , 探 討 未 燃 的 可 燃 性 蒸 氣 及 第 二 可 燃 物 是 否 會 對 閃 燃 造 成 影 響 , 使 用 燃 料 為 汽 油及 異 丙 醇 , 及 數 種 不 同 直 徑 之 油 盤 。 實 驗 開 始 後 即 引 燃 第 一 油 盤 , 若 有 第 二 油 盤 , 則 會受 到 第 一 油 盤 燃 燒 所 產 生 的 熱 量 影 響 釋 放 出 更 多 可 燃 性 蒸 氣 , 實 驗 量 測 並 比 較 有 、 無 第二 油 盤 情 形 下 閃 燃 時 間 、 天 花 板 溫 度 及 地 面 熱 通 量 , 若 有 、 無 第 二 油 盤 情 形 下 閃 燃 時 間無 差 別 , 則 表 示 未 燃 的 可 燃 性 蒸 氣 及 第 二 可 燃 物 非 為 閃 燃 之 必 要 條 件 。 結 果 顯 示 單 油 盤實 驗 閃 燃 時 間 及 雙 油 盤 實 驗 閃 燃 時 間 十 分 接 近 , 因 此 , 未 燃 的 可 燃 性 蒸 氣 及 第 二 可 燃 物並 非 閃 燃 之 必 要 條 件 , 熱 不 穩 定 性 為 閃 燃 之 唯 一 定 義 。本 人 另 與 學 生 鍾 偉 庭 以 海 報 發 表 study of flashover in a fire compartment with awindow-like or a door-like opening( 窗 和 門 型 式 開 口 對 侷 限 空 間 火 災 中 閃 燃 發 生 機 制 之 探討 ), 探 討 火 災 在 侷 限 空 間 中 成 長 至 閃 燃 , 先 前 許 多 學 者 定 義 閃 燃 現 象 均 以 「 門 」 形 式為 對 象 , 包 括 火 焰 竄 出 房 間 門 口 、 房 間 內 報 紙 自 燃 、 天 花 板 下 溫 度 600℃、 地 板 熱 通 量達 20 kW/m 2 及 熱 釋 放 率 達 1 MW 這 五 種 指 標 , 但 不 同 的 通 風 模 式 下 ( 門 或 窗 ), 對 閃 燃

的 影 響 較 無 學 者 研 究 , 本 研 究 的 將 探 討 不 同 通 風 模 式 下 , 閃 燃 的 判 定 機 制 。 實 驗 將 分 三種 通 風 模 式 實 驗 , 分 別 為 全 開 、2/3 開 上 及 2/3 開 下 , 實 驗 使 用 兩 種 不 同 發 煙 性 之 燃 料 ( 異丙 醇 、 汽 油 ) 及 數 種 大 小 油 盤 ( 油 盤 直 徑 : 異 丙 醇 為 22.5、26、30 cm、 汽 油 為 19、22.5、26 cm); 實 驗 時 , 將 報 紙 放 置 於 門 口 , 並 一 引 火 源 引 燃 第 一 油 盤 , 引 燃 後 將 可 測 得 油 盤質 量 損 失 率 、 火 焰 竄 出 門 口 、 報 紙 引 燃 時 間 、 天 花 板 溫 度 、 地 板 熱 通 量 及 熱 釋 放 率 , 結果 發 現 , 門 及 窗 形 式 閃 燃 發 生 之 時 間 、 天 花 板 溫 度 、 地 板 熱 通 量 及 熱 釋 放 率 均 不 相 同 ,窗 形 式 之 居 室 會 較 早 閃 燃 , 但 嚴 重 程 度 較 低 。二 、 與 會 心 得學 術 研 討 會 可 直 接 瞭 解 國 際 燃 燒 研 究 之 發 展 方 向 , 由 本 屆 內 容 看 來 本 研 討 會 發 表 的範 圍 非 常 廣 , 舉 凡 跟 燃 燒 相 關 之 領 域 均 為 其 範 圍 。 以 火 災 研 究 為 例 , 仍 以 micro-gravity微 重 力 場 之 主 題 為 一 重 點 , 但 此 主 題 較 難 在 台 灣 發 展 , 因 需 要 在 微 重 力 設 備 中 進 行 燃 燒實 驗 ; 另 一 終 點 領 域 為 滅 火 機 制 , 但 須 有 燃 燒 動 力 學 、 化 學 反 應 動 力 學 及 熱 力 學 之 分 析 。相 較 於 上 述 二 主 題 , 本 人 發 表 內 容 與 其 他 文 章 的 相 關 性 並 不 大 , 被 接 受 的 原 因 可 能根 本 研 究 乃 係 探 討 一 基 本 火 災 現 象 , 並 澄 清 一 些 大 家 的 誤 解 並 未 被 實 驗 證 實 過 的 理 論 。本 次 研 討 會 後 燃 燒 學 會 台 灣 分 會 主 席 中 央 施 聖 洋 教 授 特 召 集 所 有 台 灣 與 會 者 一 起用 餐 交 誼 , 使 台 灣 相 關 研 究 人 員 可 以 彼 此 更 認 識 及 合 作 , 實 非 常 用 心 , 而 本 人 也 因 此 接受 成 大 航 太 所 趙 怡 欽 教 授 之 邀 赴 該 系 演 講 , 促 進 交 流 。三 、 考 察 參 觀 活 動 ( 無 是 項 活 動 者 略 )無四 、 建 議本 會 議 為 國 際 級 之 重 要 會 議 , 我 國 可 以 試 圖 爭 取 , 提 昇 我 國 研 究 之 地 位 。

五 、 攜 回 資 料 名 稱 及 內 容由 於 論 文 均 已 於 會 前 上 網 , 因 此 大 會 僅 有 程 序 冊 (program) 供 攜 回 。六 、 其 他無

國 科 會 補 助 計 畫 衍 生 研 發 成 果 推 廣 資 料 表日 期 :2011/01/14國 科 會 補 助 計 畫計 畫 名 稱 : 不 同 通 風 模 式 對 閃 燃 發 生 之 效 應 探 討計 畫 主 持 人 : 蔡 匡 忠計 畫 編 號 : 96-2221-E-327-015-MY3 學 門 領 域 : 環 境 工 程無 研 發 成 果 推 廣 資 料

年 度 不 論 利數 量 數 ( 數 ) 論 / 論 數 數 數 利 金 說 數 列 參 力論 利參 力 理 論 / 論 / 數 數 數 利 金 理

( 量 理 力 益 列 ) 量 量 路 參 數

度 利 1. 度 說 100 說 2. 利 論 利 100 3. 500 易 不 不 不 不 異 不 更 參 若 度 念 不 度 量 更