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輸送現象與單元操作
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111年 - 111 專技高考_化學工程技師:輸送現象與單元操作#111981
> 申論題
一、請求解一冪次流體(power-law fluid)流經一半徑為 R,長度為 L 之水平 圓管之流場及體積流率。進口及出口之壓力分別為p
0
及p
L
。對於冪次流體而言,
。(25 分)
相關申論題
二、手術室內一裝置可將血冷卻,由盤繞線管(coiled tube)沉浸在冰浴(ice bath)中組成。此裝置將流速為 0.006 m3/h 之血由 40℃冷卻至30℃。盤 繞線管之內徑(inside diameter)為 2.7 mm,外徑(outside diameter)與 內徑相近,管壁之熱阻力可忽略,管外側與冰浴間之熱傳係數(heat transfer coefficient)為 450 W/m2 ∙K。管內之流動為層流(laminar flow)時, ;為紊流(turbulent flow)時,Nu = 0.023 , 其中 Nu 為紐塞數(Nusselt number) ,Re 為雷諾數(Reynolds number) , Pr 為普朗特數(Prandtl number) ,D 為內徑,L 為管長。血之物性如下: 密度 ρ = 1000 kg / m3 ,熱傳導度(thermal conductivity) k = 0.5 W / m.K , 比熱 Cp= 4.0 kJ / kg.K ,運動黏度(kinematic viscosity)。 請問盤繞線管所需長度為何?(25 分)
#479878
三、一將半鹹水(brackish water)純化之逆滲透(reverse osmosis)裝置有 900,000 個中空纖維(hollow fiber) ,容許水經由中空纖維擴散(diffusion) , 但鹽無法經其擴散。中空纖維管外徑(outside diameter)85 μm,內徑 (inside diameter)42 μm,長 3 ft。每 24 小時流經中空纖維管之平均量 為 2,000 gal,進料壓力為 400 psig。請問中空纖維管進口端至出口端之 壓力降為多少? 對於層流(laminar flow)而言,泛寧磨擦係數(Fanning friction factor)f 與雷諾數(Reynolds number)Re 間之關係式為 f = 16/Re; 對於紊流(turbulent flow)而言,。半鹹水之密度為 1.012 g/cm3, 黏度(viscosity)約為 1 cp。單位換算:1 ft = 12 in.,1 in. = 2.54 cm, 1 lb = 0.45359 kg,1 poise = 0.0672 lb/ft∙s,1 ft3=7.481 gal=28.316 L, 1 g/cm3= 62.428 lb/ft3,g = 9.8 m/s2 = 32.174 ft/s2 。 (25 分)
#479879
四、考慮一氣體吸收之問題,在液膜經垂直壁往下流動中,氣體中 A 成份被 液膜吸收,液面(座標為 x 0 )之 A 成份濃度為 。液膜與垂直壁接 觸處座標為 x ;氣體與液膜開始接觸處之座標為 z = 0。系統之統治 方程式及邊界條件為: 考量氣體與液膜接觸時間很短的情況下,系統之統治方程式及邊界條件 可轉變為: 請利用變數轉換,求解轉變後之方程式及邊界條件。 (25分)
#479880
(三)在填充塔的吸收操作中,說明何謂負載(loading)現象。(5 分)
#557728
(二)離開塔底溶劑中 H2S 的莫耳分率。 (8 分)
#557727
(一)離開塔頂廢氣中 H2S 的莫耳分率。 (7 分)
#557726
(二)寫出此系統之初始條件(initial condition, IC)與邊界條件(boundary 。(5 分) condition, BC)
#557725
(一)請依上述情形,推導出此球形系統在不穩定(unsteady state)狀態下的 質量傳送(mass transfer)關係式(CA 與 r 的關係):式中為液滴內 A 成分的濃度;為 A 對 B 的擴散係數 (diffusivity);r 為液滴的半徑方向距離。(15 分)
#557724
(二)當流體為靜止時,請由熱量傳送基本學理,導證單一球體在無窮盡流體中,Nu = 2.0。 (14 分)
#557723
(一)請分別寫出式中 Nu、Re、Pr 三參數的定義(definition) ,並說明參數 的物理意義。(6 分)
#557722
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