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高等輸送現象
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111年 - 111 高等考試_二級_化學工程:高等輸送現象#111027
> 申論題
一、一牛頓流體(Newtonian fluid)以層流(laminar flow)流經一水平圓管 內。圓管半徑為 R,管長為 L,壓力差為 p
0
- p
L
,流體之密度為固定值 ρ,黏度(viscosity)為 μ。請求解流體之體積流率,以及摩擦因數(friction factor)與雷諾數(Reynolds number)間之關係式。(25 分)
相關申論題
二、在一吸收塔實驗中,液體由垂直小圓管內往上流動至頂部後,於外管側 以液膜形式向下流動。液體為牛頓流體,流動為層流,圓管外管側半徑 為 R,外管側液膜厚度為(a-1)R,液體之密度為 ρ ,黏度為 μ 。請求解外 管側液膜之流場,以及液膜之質量流率。(25 分) 註:
#475923
三、一起始溫度為 To 之半無窮大(semi-infinite)固體,占據 y = 0 至 y =∞ 之 空間。在時間 t = 0 時, y = 0 之表面溫度突昇為 T1 ,且維持在該溫度。請 以變數轉換η = y / ,α 為熱擴散係數(thermal diffusivity) ,求解固 體之溫度分布 T ( y, t ) 。(25 分)
#475924
四、反應物 A 擴散進入半徑為 R 之球狀觸媒(spherical catalyst)反應生成生 成物 B,A → B。反應物 A 於觸媒內之有效擴散係數(effective diffusivity) 為 DA 。觸媒內 A 之單位體積反應速率為 RA = -k1" a c A ,其中 c A 為氣體 A 之濃度。在觸媒表面反應物 A 之濃度為 。請求解觸媒內 A 之濃度分 布及觸媒有效度因數(effectiveness factor)。(25 分)
#475925
九、當平板表面阻力存在時,一維非穩態平板熱傳導統御方程式之解可以圖二表示。現欲 烤熱一平板牛排,牛排厚度為 3 cm,密度為 1.08 g/cm3,熱含量(cp)為 3.5 J/g/K, 熱傳導係數為 0.5 W/m/K,初始溫度為 20°C。熱空氣溫度維持在 180°C,熱傳係數 為 40 W/m2/K。估計加熱至牛排中心溫度為 100°C 時所需花費的時間。(10 分)
#170667
八、寫出無因次群 Biot number(Bi)之定義(包括其物理意義)。當平板表面阻力不存在 時,Bi 值為極大或極小?寫出此條件下的邊界條件,並解出一維非穩態平板熱傳導統 御方程式之解析解(analytical solution)。(22 分)
#170666
七、寫出一維非穩態平板熱傳導的統御方程式,並化成無因次(dimensionless)式。所得 無因次時間為那一常見之熱傳無因次群?(8 分)
#170665
六、若此高分子流體為牛頓流體,且拉出模具管外的線纜外部所塗佈之高分子流體(如圖 中 B 區)緊黏在線纜上,試求出此區域中高分子的塗佈厚度。模具管內徑為 0.8 mm, 線纜半徑為 0.5 mm,V 為 5 cm/s。(10 分)
#170664
五、若此高分子流體為牛頓流體,試計算其體積流量。(10 分)
#170663
四、若此高分子流體為非牛頓流體,且遵循指數律(power law or Ostwald-de Waele equation),試說明指數律並寫出相關公式。接著推導穩態(steady state)下此非牛 頓流體於模具管內(圖中 A 區)的流速分佈式(velocity distribution)。(20 分)
#170662
三、說明剪應力(shear stress)τrz 的 2 個方向性。(5 分)
#170661
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