114年 高普考 高考三級 機械工程 流體力學與工程力學 試卷

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114年公務人員高等考試三級考試試題
機械工程
流體力學與工程力
考試時間
2
小時
座號
使
使
代號
27950
頁次
3
1
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,共 10 分)
性法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0.1 m/s內外圈的間隙為0.1 mm
10 Pa
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,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。
0.01 m3/s
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)
0.01
0.001 kg/m‧s1000 kg/m3
的平均速大小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)
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四、將長為 1.3 m 重量為 20 N 的均質細直桿 AB 兩端分別接觸相距 1.2 m
兩垂直牆面並保持靜置如圖所示假設 A端為光滑接觸而 B端為摩擦
接觸且有足夠的摩擦力來支撐直桿以維持平衡,試求解下列問題:
A端的反作用力7分)
B端接觸處之最小摩擦係數。8
五、一質量為 2錘以繩索連接吊掛構成一平面運動之單擺如圖所示
水平靜止狀態釋放達底部時並纏繞固定於 B
滑銷錘繼續沿著較小半徑的圓弧線運質量
重力加速度 g= 10 m/s2,試求解下列問題:(每小題 10 分, 20 分)
θ= 60°時,擺錘的速度值為多少 m/s?(10
θ= 60°時,繩索張力為多少 N?(10 分)
A
B
1.2 m
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六、如圖所示,一直徑為 16 mm 之實心鋼製圓桿彎折成直角彎桿 ABC 置於
xz 平面上 A端固定C端面施加外力 Fy=80π N材料的彈性模
E= 200 GPa彈性模數 G= 80 GPa計桿重量無應
彎桿 A端之最大剪應力max 為多少 MPa?(8
彎桿 A端之最大拉應力max 為多少 MPa?(10
彎桿 C端向下位移量y為多少 mm?(忽略剪力變形)12 分)
80N
=200 mm
=200 mm
x
y
z
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