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年公務人員高等考試三級考試試題 代號：27120
類 科： 化學工程
科 目： 輸送現象與單元操作
考試時間： 2 小時 座號：
※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。
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一、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）
試推導液膜中之速度分布 vz (x)。
液膜中之最大速度與平均速度各為何？
二、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 Cp與熱傳導係數 k，試以白金漢 π定理（Buckingham’s π
theorem）推導決定該熱傳系統之無因次群。（20 分）
三、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 LA = 2 cm、
LB = 10 cm、LC = 3 cm，熱傳導係數 kA、kB及kC分別為 0.12、0.03 及0.14 W/m．K，
各層之表面積皆為 300 m2。在夏天室內外之溫度分別為 Ti = 20℃與To = 35℃，室內
外之對流熱傳係數分別為 hi = 25 W/m2．K及ho = 50 W/m2．K。
列出總熱傳阻力之表示式。（5分）
計算穿透組合壁之總熱傳速率。（10 分）
主要由那一個熱傳阻力決定熱傳速率？（5分）
四、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
度與黏度分別為 1000 kg/m3與sm/kg101 3⋅× −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）
填充床的空隙分率（porosity）。
粒子的比表面積（單位體積具有的表面積）。
填充床內流體通道的相當直徑（equivalent diameter）。
流體在通道內流動之雷諾數（Reynolds number）。
五、20℃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）