108年 公務人員升官等 簡任 水利工程 高等流體力學研究 試卷

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108
年公務
事業郵政
等 級:簡任
類科(別):水利工程
科 目:
高等流體力學研究
考試時間 :2小時
※注意:
可以使用電子計算器。
不必抄題,
作答時請將試題題
本科目除專
門名詞或數理公式外
代號:
15430
頁次:
2
-
1
一、某一梯形輸水
水坡度為渠道長 1,
000
底寬 b,
兩岸之斜坡之斜率分別為
(每小題 10 分,共
30
自由液面寬 B,
溼周
假若兩岸之斜坡之斜率相同均為
閱表一,
並應用曼寧公式
在前述流況下之水流
圖
一
1
B
b
1
m
1
m
2
年公務
、關務人員升官等考試、
108
事業郵政
、公路、
港務人員升資考試
高等流體力學研究
座號
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
門名詞或數理公式外
,應使用本國文字作答。
渠道表面材質為
加工混凝土(
finished concrete
000
m,其高程下降 0.5 m。
浸水之尺寸
兩岸之斜坡之斜率分別為
1:m1與1:m2,
水深
30
分)
溼周
P,以及水力半徑 R
分別為何
假若兩岸之斜坡之斜率相同均為
1:1,水深 1.5
m
並應用曼寧公式
(Manning’s formula)
計算
在前述流況下之水流
福祿數(Froude no.)為何?
表一
y
108
年交通
港務人員升資考試
試題
座號
:
於本試題上作答者
,不予計分。
finished concrete
),渠道輸
浸水之尺寸
(如圖一):
水深
y。試問:
分別為何
?
m
,底寬 4 m,請參
計算
渠道輸水之流量。
二、流經平板壁面,
由於流體黏性與壁面因素
界層流(
boundary layer flow
層厚度
boundary layer thickness
displacement thickness
thickness
θ
),
用以分析邊界層流
n
yUu )/(/
δ
=,式中
velocity)。試問:(
每小題
邊界層位移厚度 *
δ
為何
邊界層動量厚度
θ
為何
三、在均勻流場中,
若對球形物體施加作用力分別使之順時針方向與逆時針
方向旋轉,
如圖三示意圖
什麼現象?(10 分)
四、進行水工模型實驗。
(
若同時考慮福祿數相似性
(
Reynolds no. similarity
之幾何縮尺比例關係為何
若模型實驗採用與原型相同之流體進行試驗
數均可同時滿足。
試問模型與原型之幾何縮尺比例為何
五、某二維(two-
dimensional
之流場函數如下:V
=
(每小題 10 分,共
20
試求該流場之流線
(
證明該流場為不可壓縮
y
u
= 0.99
U
δ
u
niform flow
由於流體黏性與壁面因素
,
流速分布不再均勻
boundary layer flow
)。如圖二,
有三種邊界層厚度參數
boundary layer thickness
δ
,
邊界層位移厚度
displacement thickness
*
δ
,邊界層動量厚度
boundary layer momentum
用以分析邊界層流
。
假定邊界層流之流速分布曲線為
n為常數,U
為邊界層外自由流速
每小題
10 分,共 20 分)
為何
?
為何
?
若對球形物體施加作用力分別使之順時針方向與逆時針
如圖三示意圖
。
試問該兩種狀況分別會使球體在流場中產生
(
每小題 10 分,共 20 分)
若同時考慮福祿數相似性
(Froude no. similarity
)
Reynolds no. similarity
),試問模型(model)
與原型
之幾何縮尺比例關係為何
?
若模型實驗採用與原型相同之流體進行試驗
,
並設計使雷諾數與福祿
試問模型與原型之幾何縮尺比例為何
dimensional
)穩定(steady)不可壓縮
(
y
ixvu 8.05.1()8.05.0(),( −++=
=
20
分)
(
streamlines)函數。
證明該流場為不可壓縮
。
圖二
μ
= 0
u
=
U
U
U
μ
δ
*
U
Equal
areas
圖三
u
niform flow
sphere
sphere
代號:
15430
頁次:
2
-
2
流速分布不再均勻
,形成邊
有三種邊界層厚度參數
(邊界
邊界層位移厚度
boundary layer
boundary layer momentum
假定邊界層流之流速分布曲線為
:
為邊界層外自由流速
(free stream
若對球形物體施加作用力分別使之順時針方向與逆時針
試問該兩種狀況分別會使球體在流場中產生
)
與雷諾數相似性
與原型
(prototype)
並設計使雷諾數與福祿
試問模型與原型之幾何縮尺比例為何
?
(
incompressible)流
j
y
)。
μ
≠
0
u=u(y)
U
-
u
sphere
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