燃燒時若生成的熱與散失的熱保持平衡，燃燒溫度保持均勻之燃燒為下列何者？

本題考點

燃燒現象依「熱平衡是否維持」所作的分類,即定常燃燒與非定常燃燒的區別。

正解理由

燃燒過程中若單位時間的產熱量等於向外的散熱量,系統達成熱平衡,火焰形狀、燃燒速率與溫度都不再隨時間改變,這種穩定狀態稱為定常燃燒,蠟燭、瓦斯爐與開放空間中穩定燃燒的油盤皆屬之;反之產熱大於散熱時溫度持續攀升,即為非定常燃燒,是建築物火災成長期的典型型態。題幹所述「生成熱與散失熱保持平衡、燃燒溫度保持均勻」正是定常燃燒的定義,故選 A。

逐項排除

1. (A)

   正確:以產熱與散熱平衡、燃燒狀態不隨時間變化為要件,完全符合題意。

2. (B)

   錯誤:定壓燃燒指燃燒在壓力維持不變的條件下進行,屬熱力學過程條件,與熱是否平衡無關。

3. (C)

   錯誤:定體積燃燒指容積固定的密閉條件,燃燒時壓力與溫度反而急遽上升,通常屬非定常。

4. (D)

   錯誤:燃燒學並無「定質量燃燒」這一正式分類,是本題用來誘答的自創名詞。

記憶點

燃燒現象的分類有好幾條軸線,考試最常混淆的就是把不同軸線的名詞放在同一組選項裡誘答。依熱平衡分,可分為定常燃燒與非定常燃燒:前者產熱與散熱相等,火焰穩定、溫度均勻,是燃燒器具設計追求的狀態;後者產熱大於散熱,熱量不斷蓄積,溫度與燃燒速率一路上升,建築物火災的成長期、密閉容器內的爆炸性燃燒都屬之。依燃料與空氣混合方式分,則有預混燃燒與擴散燃燒;依固體燃燒型態分,有蒸發燃燒(如硫、萘)、分解燃燒(如木材、塑膠)、表面燃燒(如木炭、金屬)與自我燃燒(如硝化纖維素,分子內自帶氧)。

定常與非定常的理論基礎可用熱爆炸的產熱與散熱曲線理解:產熱量隨溫度呈指數上升,散熱量隨溫度呈近似線性上升,兩線相交時系統穩定,即定常燃燒;當散熱條件變差(蓄熱良好、堆積過厚、環境溫度升高)使兩線僅相切甚至不相交,溫度便持續攀升而失控,這正是自然發火與非定常燃燒的成因,也解釋了為何堆積的油布、廢棉紗與農產副產物容易自燃。

易混淆對照:定壓燃燒與定體積燃燒描述的是壓力或容積的邊界條件,常出現在內燃機循環的討論中;定常與否描述的是時間上的穩定性,兩者不同層次。

定常燃燒在火災工程上也有實用意義:油盤火與燃燒器火源在達到穩定後,質量損失速率趨於定值,熱釋放率也隨之固定,因此可作為實驗與火災模擬的標準火源;建築物火災則因蓄熱與可燃物依序捲入而長期處於非定常狀態,必須以成長曲線描述,兩者的分析方法完全不同。

延伸考點:同一批概念會以「自然發火的條件」「蓄熱與散熱的平衡」「燃燒的四要素與燃燒型態分類」等形式出現,作答時先辨識題目問的是哪一條分類軸線,即可避開誘答。