
114年公務人員高等考試三級考試試題
※注意:可以使用電子計算器。
不必抄題,作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上,於本試題上作答者,不予計分。
本科目除專門名詞或數理公式外,應使用本國文字作答。
代號:
頁次:
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一、流體本身具有黏性,而且會受環境溫度影響而變化。牛頓觀察流體的行
為並提出其牛頓黏性法則,也說明剪應力在這個法則上的角色。目前量
測流體的黏性通常是在定溫下,將待測流體放入兩個圓桶之間。若兩個
圓桶內圈的圓筒是靜止,而外圈圓筒保持一個定轉速在轉動。請問:
(每小題 5分,共 10 分)
牛頓黏性法則中,黏性與剪應力的關係為何?請寫出完整的公式。
假設外圈的轉速固定,其切線速度為0.1 m/s,內外圈的間隙為0.1 mm。
轉動外圈圓筒的剪應力為10 Pa,請問流體的黏性係數大小為何?
二、孔口板為一常見(Orifice)的裝置,主要用來測量管路中的流量。假設
有一個圓管,內裝了一個孔口板,水平擺置。圓管的直徑為 0.05 m,孔
口的直徑為 0.02 m。圓管內部是某種汽油在流動,其密度為 830 kg/m3。
一般來說我們會在孔口板的上游與孔口出口兩處量測壓差。請問:
(每小題 5分,共 15 分)
我們可以用那個法則來說明壓差與流速的關係?請寫出完整的公式。
假設管內的流量為 0.01 m3/s,請問通過孔口板的平均速度是多少?
壓差為多少?
三、雷諾(Reynolds)為英國流體力學學者。他最有名的實驗為觀察圓管內
的流動物理狀態。他以染料來將流場可視化,將流動型態分為層流、過
渡、紊流三種。更重要的是他提出一個無因次參數來區分這三個狀態,
請問:
這個無因次參數的定義為何?請寫出公式。(2分)
假設他所觀察的圓管直徑為 0.01 m,裡面流動的流體為水,其黏滯係數
為0.001 kg/m‧s,密度為1000 kg/m3
,管內流動的平均速度大小為5 m/s。
請問這個無因次參數數值為多少?管流內是層流還是紊流?(3分)
更進一步,由於管內流動變化造成流動能量的損失,一般而言,可用
摩擦因子 f來表示,而 Moody 做了一系列實驗來量測 f,請問他實際
上是量測那個物理量?如何進一步將這個物理量轉為 f?(5分)