有關預混合火焰特性，下列敘述何者錯誤？

本題考點

預混合火焰與擴散火焰的特性比較，重點在燃燒速率由什麼機制控制。

正解理由

預混合火焰是燃料氣體與助燃空氣在進入反應區之前就已混合完成，火焰面上不必再等待兩者互相擴散接觸，反應速率直接由化學動力控制，因此燃燒速率明顯快於擴散火焰；擴散火焰的速率則受限於較慢的質量傳遞過程。選項所稱燃燒速率相對慢，與預混合火焰的特性正好相反，是四者中唯一錯誤的敘述。故選 B。

逐項排除

1. (A)

   敘述正確。預混合氣的火焰傳播速度與混合比、流速密切相關，氣流速度低於燃燒速度時會回火，高於時會脫火或被吹熄，燃燒狀態相對不穩定。

2. (B)

   敘述錯誤，為本題應選者。混合既已完成，反應可立即進行，燃燒速率相對快；瓦斯外洩後在室內累積再被引燃而形成氣體爆炸，正是預混合燃燒速率極快的表現。

3. (C)

   敘述正確。空氣預先充足供應使燃料完全氧化，火焰中以激發態游離基發光為主、幾乎不生成煤煙粒子，因此呈藍色，本生燈打開空氣孔後的內錐即為典型。

4. (D)

   敘述正確。氧氣供應充分，一氧化碳與煤煙等不完全燃燒產物相對少，這也是預混合火焰亮度低卻溫度高的原因。

記憶點

預混合火焰與擴散火焰的分野在於燃料與氧化劑何時混合。預混合火焰在進入反應區之前已混合完成，火焰面推進的速度由化學反應速率決定，稱為燃燒速度，層流狀態下甲烷約為每秒零點四公尺；擴散火焰則必須靠燃料與空氣在火焰面附近互相擴散才能反應，速率受制於較慢的質量傳遞，因此燃燒慢、火焰長。

最好記的實例是本生燈：關閉空氣孔時燃料未預先混合，形成明亮的黃色擴散火焰，煤煙多而溫度較低；打開空氣孔則轉為預混合火焰，內錐呈藍色，煤煙少而溫度高。蠟燭、油池火災、木材燃燒都屬擴散火焰，也是實際火場最常見的型態；瓦斯外洩後在室內累積再被引燃，則是典型的預混合燃燒，因為反應速率快、壓力上升急遽，才會表現為氣體爆炸而不是一般燃燒。

預混合火焰的不穩定性有兩個方向：氣流速度低於燃燒速度時，火焰往管內倒退，稱為回火；氣流速度過高、超過燃燒速度時，火焰被吹離噴口甚至熄滅，稱為脫火或吹熄。此外預混合氣的濃度必須落在燃燒界限之內火焰才能傳播，太稀或太濃都無法維持，這正是預混合燃燒對混合比極為敏感的原因。

燃燒速度若再往上提高，壓力波與反應區耦合成震波前緣時，就由爆燃轉為爆轟，傳播速度可達每秒數千公尺，破壞力也完全不同。延伸考點包括火焰顏色與溫度的關係、煤煙與一氧化碳生成量的比較、燃燒界限與最小著火能量的搭配命題，以及回火與脫火的成因辨識。另可留意兩者的輻射特性差異：預混合火焰的火焰面極薄、溫度梯度陡峭但輻射率低，擴散火焰則因大量高溫煤煙粒子發光而輻射率高，這也是火場中擴散火焰對周遭可燃物的輻射加熱能力更強、更容易造成延燒的原因。