第五章 實驗與模擬結果
第一節 實驗結果
本實驗所使用的燃料分別為 3 公升甲醇、5 公升甲醇、3 公升正 庚烷比較其差異，在不啟動撒水設備時的燃燒熱輻射值如圖5.1 所示：
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0 200 400 600 800 1000 1200
Time (sec) Thermal Radiation (KW/m2 )
3L Methanol 3L n-Heptane 5L Methanol
20
圖 5.1 不同數量燃料的熱輻射值比較（資料來源：本研究整理）
由於本實驗最主要的目的，是為了得到在不同的水霧粒徑對於熱 輻射的阻隔效果，所以我們分別量測在不同的燃料之下使用 200μm 到 800μm 粒徑水霧撒水頭與一般撒水頭所量測的數值。而本實驗另 一個變更參數是撒水頭的高度。希望也能藉由實驗知道裝設在較高位 置的撒水頭是否會增進水霧對於熱輻射的隔絕效果，故其中我們比較 裝設在 2.1m 與 2.7m 高度所量測到的熱輻射值，其結果如圖 5.2-5.9
0 1 2 3 4 5
0 200 400 600 800 1000 1200
Time (sec)
Thermal Radiation (KW/m2 ) 800μm-2.7m
800μm-2.1m
21
圖5.2 甲醇 3 公升、粒徑 800μm、不同高度熱輻射值比較（資料來源：本研究整理）
0 1 2 3 4
0 200 400 600 800 1000 1200
Time (sec)
Thermal Radiation (KW/m2 ) 200μm-2.7m
200μm-2.1m
22
圖5.3 甲醇 3 公升、粒徑 200μm、不同高度熱輻射值比較（資料來源：本研究整理）
0
0 200 400 600 800 1000 1200
Time (sec) Thermal Radiation (KW/m2 )
No Water Spray 200μm
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 Time (sec)
Attenuation (%) 200μm
400μm 600μm 800μm Sprinkler
fuel burn out (about 10 min)
24
圖5.5 甲醇 3 公升、撒水頭高度 2.7m 的熱輻射值遮蔽率（資料來源：本研究整理）
0
0 200 400 600 800 1000 1200
Time (sec) Thermal Radiation (KW/m2 )
No Water Spray 200μm
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 Time (sec)
Attenuation (%)
200μm 400μm 600μm 800μm Sprinkler
fuel burn out (about 12 min)
26
圖5.7 正庚烷 3 公升、撒水頭高度 2.7m 的熱輻射值遮蔽率（資料來源：本研究整理）
0
0 200 400 600 800 1000 1200
Time (sec) Thermal Radiation (KW/m2 )
No Water Spray 200μm
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 Time (sec)
Attenuation (%)
200μm 400μm 600μm 800μm Sprinkler
fuel burn out (about 14 min)
28
圖5.9 甲醇 5 公升、撒水頭高度 2.7m 的熱輻射值遮蔽率（資料來源：本研究整理）
可由以上實驗所得到的數值，可以再整理為如下表5.1 所示：
15
表 5.1 實驗數據整合表實驗編號 水霧粒徑Dv0.9(μm) 撒水頭高度（m）燃料數量（L） 熱輻射最大值(KW/m2)
1 N/A N/A 3L 甲醇 12.6
2 N/A N/A 3L 正庚烷 10.4
3 N/A N/A 5L 甲醇 17.9
4 200 2.1m 3L 甲醇 2.9
5 800 2.1m 3L 甲醇 3.6
6 200 2.7m 3L 甲醇 3.3
7 400 2.7m 3L 甲醇 3.5
8 600 2.7m 3L 甲醇 4.8
9 800 2.7m 3L 甲醇 5.1
10 Sprinkler 2.7m 3L 甲醇 10.9 11 200 2.7m 3L 正庚烷 2.6 12 400 2.7m 3L 正庚烷 3.7 13 600 2.7m 3L 正庚烷 4.2 14 800 2.7m 3L 正庚烷 4.4 15 Sprinkler 2.7m 3L 正庚烷 9.1
16 200 2.7m 5L 甲醇 5.1
17 400 2.7m 5L 甲醇 5.7
18 600 2.7m 5L 甲醇 7.0
19 800 2.7m 5L 甲醇 7.7
20 Sprinkler 2.7m 5L 甲醇 16.2
（資料來源：本研究整理）
比較裝設在同樣高度，不同粒徑的差異，其結果如表5.2 所示：
16
表5.2 3L 甲醇在同高度、不同粒徑之熱輻射值比較（KW/m2） 撒水頭高度2.1m 撒水頭高度 2.7m粒徑200μm 2.9 3.3
粒徑800μm 3.6 5.1
差值 0.7 1.8
差值百分比 19.44% 35.29%
（資料來源：本研究整理）
由表5.2 可知，高度相同時，若使用不同粒徑會有很大的差異，
以甲醇3 公升為例，在高度 2.1m 的地方使用 800μm 的粒徑所測得的 最高熱輻射值為 3.6 KW/m2，若改為使用 200μm 則會降到 2.9 KW/m2，約增加 19.44%的吸收與遮蔽的效果。而在高度 2.7m 的地方 使用800μm 的粒徑所測得的最高熱輻射值為 5.1 KW/m2，若改為使用 200μm 則會降到 3.3 KW/m2，約增加35.29%的吸收與遮蔽的效果。
而在相同粒徑下，若裝設的高度不同，其結果如表5.3 所示：
17
表5.3 3L 甲醇在同粒徑、不同高度之熱輻射值比較（KW/m2） 粒徑200μm 粒徑800μm撒水頭高度2.1m 2.9 3.6
撒水頭高度2.7m 3.3 5.1
差值 0.4 1.5
差值百分比 13.79% 41.66%
（資料來源：本研究整理）
由表5.3 可知，當粒徑相同時，裝設的高度不同也會有不同的影 響，以甲醇3 公升為例，當粒徑為 200μm 的時候，裝設在 2.1m 高度 所測得的最高熱輻射值為 2.9 KW/m2，而裝設在 2.7m 則增加至 3.3 KW/m2，約降低13.79%的效能。而當粒徑為 800μm 的時候，裝設在 2.1m 高度所測得的最高熱輻射值為 3.6 KW/m2，而裝設在2.7m 則增
加至5.1 KW/m2，降低了約41.66%吸收與遮蔽的效果。將其結果製作 成圖 5.10，由圖可知，800μm 粒徑撒水頭比 200μm 粒徑撒水頭裝設 的高度對於所能吸收與遮蔽熱輻射值影響較大，以升高相同高度來計 算，800μm 粒徑撒水頭比 200μm 粒徑撒水頭所降低的遮蔽率大三倍。
2 3 4 5 6 7
2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 Height (m)
Thermal Radiation (KW/m2 ) 200μm 800μm 200μm-guess 800μm-guess
29
圖5.10 3L 甲醇在相同粒徑但不同高度之熱輻射值比較圖（資料來源：本研究整理）
由此可知，高度對於水霧撒水系統的確有所影響，而且當粒徑越 大，所造成的影響程度也越高。造成此種現象的可能原因有二：
1. 粒徑 200μm 的水霧液滴無論裝設的位置高低，因其總表面積 較大，故較能有效的吸收周圍的熱值。而粒徑800μm 的水霧 液滴在落地之前無法將熱值有效的吸收，且落地後因尚有大 量的水滴衝擊地面，會造成擾流，使得熱氣往上流動，故造 成粒徑800μm 的水霧液滴撒水頭裝設越高，衝擊地面的動能 越大，造成擾流加劇，使得其量測到熱輻射值越大的現象。
2. 因撒水頭高度提高，所以有可能在水霧液滴落下時，使得液 滴與液滴的間距加大，減少了阻擋熱輻射的效能。
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表 5.4 不同粒徑的熱輻射遮蔽率比較 Radiation Attenuation (％)200sec 400sec 600sec 200μm 66.9% 76.4% 78.2%
400μm 55.0% 66.3% 69.8%
600μm 48.7% 59.7% 67.4%
800μm 51.4% 60.7% 69.7%
3L-Heptane
Sprinkler 10.6% 12.3% 9.3%
200μm 64.4% 74.7% 75.1%
400μm 61.5% 74.9% 78.5%
600μm 52.4% 60.8% 71.7%
800μm 52.4% 62.6% 73.4%
3L-Methanol
Sprinkler 6.8% 13.4% 18.0%
200μm 64.8% 72.4% 75.4%
400μm 62.9% 70.1% 74.3%
600μm 55.1% 60.4% 64.9%
800μm 49.7% 58.2% 62.3%
5L-Methanol
Sprinkler 10.6% 10.3% 14.7%
（資料來源：本研究整理）
200μm 粒徑的水霧撒水系統對溫度平均約有 46.52 ％的降溫效果，最 大的 800μm 粒徑水霧撒水系統對溫度也有 25.69 ％的降溫效果，而 一般撒水頭在火災初期的降溫效果較不明顯，需直到火災中、後期才 有明顯的效果，如表 5.5 所示。由此可知，使用水霧撒水系統比一般 撒水頭更早有降溫的效果。尤其是在火災初期，對於控制火災的延燒 與幫助人員逃生有正面的幫助。
19
表5.5 不同粒徑的溫度吸收率比較Temperature Attenuation (％)
200sec 400sec 600sec 200μm 42.76% 55.77% 62.33%
400μm 38.20% 48.25% 64.17%
600μm 13.72% 27.42% 61.43%
800μm 23.60% 42.74% 65.16%
3L-Heptane
Sprinkler -3.03% 23.80% 51.69%
200μm 49.87% 60.11% 74.21%
400μm 34.53% 54.44% 72.77%
600μm 13.61% 37.28% 72.64%
800μm 25.11% 42.63% 73.83%
3L-Methanol
Sprinkler -3.28% 29.28% 67.28%
200μm 46.93% 51.01% 31.69%
400μm 42.55% 47.73% 33.35%
600μm 22.51% 20.53% 9.13%
800μm 28.36% 30.51% 24.06%
5L-Methanol
Sprinkler 1.67% 12.43% 5.25%
（資料來源：本研究整理）
20
0 200 400 600 800 1000 1200
Time (sec) Temperature (℃)
No Water Spray 200μm
400μm 600μm 800μm Sprinkler
fuel burn out (about 10 min)
30
圖5.11 甲醇 3 公升、撒水頭高度 2.7m 溫度圖0 200 400 600 800 1000 1200
Time (sec) Temperature (℃)
No Water Spray 200μm
400μm 600μm 800μm Sprinkler
fuel burn out (about 12 min)
31
圖5.12 正庚烷 3 公升、撒水頭高度 2.7m 溫度圖（資料來源：本研究整理）
20
0 200 400 600 800 1000 1200
Time (sec) Temperature (℃)
No Water Spray 200μm
400μm 600μm 800μm Sprinkler
fuel burn out (about 14 min)
32
圖 5.13 甲醇 5 公升、撒水頭高度 2.7m 溫度圖 P4-2.8GHz 雙核心 CPU+4GB 記憶體搭配 Windows XP 系統的單一電 腦主機完成模擬時間約五小時。比較模擬與實驗的熱輻射值，結果如圖 5.14 所示。發現在 100
～250 秒時模擬的結果與甲醇 3 公升的實驗結果平均差距 47％，與甲