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109年公務人員高等考試三級考試試題
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。
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：
39120
頁次：
2
－
1
一、在流動為蜒流（creeping flow）時，牛頓流體（Newtonian fluid）流經圓球
所受之力為Fk= 6 πμRv∞，其中μ為黏度（viscosity），v∞為遠方流體之流速，
R為圓球半徑。請由摩擦係數（friction factor）f之定義：Fk= AKf，其中A
為特徵面積，K為單位體積流體之特徵動能，求得摩擦係數f與雷諾數
（Reynolds number）Re間之關係式。（10分）
二、一液膜因受重力沿垂直壁面往下流，液膜厚度為
。假設流動為恆溫之層
流（laminar flow），液體為冪次流體（power-law fluid），液體之密度為
，
黏度（viscosity）為
，請求解液體之流速分布。（對於冪次流體而言，
1
d d
d d
n
z z
xz
v v
m
x x
。）（25分）
三、一液體密度為162 lb/ft3，黏度（viscosity）為4.84 lb/ft·h，流經長達9,134 ft
之平滑圓管。管路壓力降為0.183 lbf/in.2。如液體質量流率為7,000 lb/h，
請問圓管之直徑為何？對於層流（laminar flow）而言，泛寧摩擦係數
（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，f = 0.046Re-0.2。單位換算：
1 ft = 12 in., g = 32.174 ft/s2, 1 lbf= 32.174 lb·ft/s2。（20分）
四、一氣體包含3 mole %的
A
。將此氣體通過一填充塔以水吸收99%的
A
。吸
收塔操作在25℃及1
atm
，且氣體及液體之流率分別為20 mol/h·ft2及
100 mol/h·ft2。平衡關係式及質傳係數如下：
*
3.1
y x
at 25℃
60
x
k a
mol/h·ft3·
unit mole fraction
15
y
k a
mol/h·ft3·
unit mole fraction
假設恆溫操作及忽略氣體及液體流率之變化，請求解吸收塔塔高。（20分）
代號：
39120
頁次：
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五、水以150 lbm/min之流率流入逆向流（counterflow）之套管式熱交換器，水
溫從60℉升溫至140℉。進入熱交換器之熱油則由240℉降溫為80℉。水之
比熱為1 Btu/lbm℉，油之比熱為0.45 Btu/lbm℉。熱交換器之總熱傳係數為
50 Btu/h·ft2℉。
熱交換器之熱傳面積為多少？（10分）
如水流率降為120 lbm/min，熱油之流率不變，水出口溫應為多少？（15分）