高普考題庫
104 年 104年公務人員高等考試三級考試暨普通考試

輸送現象與單元操作

本卷皆為申論題,點「看答案與解析」查看擬答。

申論 1有一密度為ρ、黏度為μ 之牛頓流體(Newtonian fluid),因重力沿著垂直平板之表面以層流緩慢流下,假設流體為不可壓縮,且在穩定流動時形成的液膜厚度為δ。(每小題10 分,共20 分)㈠試推導液膜中之速度分布v(x)。z㈡液膜中之最大速度與平均速度各為何?
申論 2牛頓流體流經一水平的圓管,影響對流熱傳係數h 的因素有流速u、管徑D、流體的密度ρ、黏度μ、比熱C 與熱傳導係數k,試以白金漢π 定理(Buckingham’s πptheorem)推導決定該熱傳系統之無因次群。(20 分)
申論 3有一組合壁自室內至室外由A、B、C 三層材料所構成,其厚度分別為L = 2 cm、AL = 10 cm、L = 3 cm,熱傳導係數k、k及k分別為0.12、0.03 及0.14 W/m.K,BCABC各層之表面積皆為300 m2。在夏天室內外之溫度分別為T = 20℃與T = 35℃,室內io外之對流熱傳係數分別為h = 25 W/m2.K 及h = 50 W/m2.K。io㈠列出總熱傳阻力之表示式。(5 分)㈡計算穿透組合壁之總熱傳速率。(10 分)㈢主要由那一個熱傳阻力決定熱傳速率?(5 分)
申論 4有一填充床(packed bed)由直徑D = 1 cm、長度h = D 的圓柱形粒子堆積而成,整個填充床的整體密度(bulk density)為900 kg/m3,而固體密度為1700 kg/m3。將密3 −3度與黏度分別為1000 kg/m與1×10kg/m⋅s的水以表面速度(superficial velocity)0.2 m/s 流過該填充床,試計算:(每小題5 分,共20 分)㈠填充床的空隙分率(porosity)。㈡粒子的比表面積(單位體積具有的表面積)。㈢填充床內流體通道的相當直徑(equivalent diameter)。㈣流體在通道內流動之雷諾數(Reynolds number)。
申論 520℃的自來水被送入1 大氣壓下操作的蒸發罐以生產蒸餾水,加熱源可以使用120℃的飽和蒸汽。該蒸發罐的熱傳總面積為100 m2,總熱傳係數為2300 W/m2.K。若原自來水中含有200 ppm 的可溶性固體,出料的液相中含有800 ppm 的可溶性固體,則每小時可生產多少kg 的蒸餾水?(已知水在100℃與120℃下的蒸發潛熱分別為2257.1 kJ/kg 與2202.6 kJ/kg,液態水的比熱為4.2 kJ/ kg.K)。(20 分)