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112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：
38220
頁次：
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一、若有一平滑水平管子其直徑為0.02 ft、長度為300 ft，內有流量為
120 ft3/min的水通過，請計算其產生壓力降（pressure drop）為多少psi？
（25分）
已知在紊流下摩擦係數（fanning friction factor, f）= 0.046Re-0.2；且水動黏
度νH2O= 1.93 × 10-5 ft2/s，水密度ρH2O= 62.4 lb/ft3
二、一般人平時講話、唱歌、咳嗽，甚至呼吸，就會釋放出許多5微米以下的
氣膠，當一感染者呼氣時，病毒就可透過呼氣將氣膠釋放到環境中，為了
解氣膠的所謂「懸浮」，假設一5微米球型液滴的氣膠在27℃的靜滯空間自
由下沉，請利用力平衡與下列資訊算出氣膠的終端速度？以及此時作用
於氣膠的拖曳阻力？（25分）
氣膠：密度= 1000 kg/m3；
空氣：密度= 1.183 kg/m3，黏度= 1.853 kg/m‧s at 27℃
Hint：若拖曳係數（CD）的範圍可用CD= k(Re)-n來估算
Re k n
0-1 24 1
2-500 18.5 0.6
103-2×1050.44 0
三、一直徑為1.5 cm、溫度T0= 25℃的A物體置入TH= 100℃的恆溫水槽中，A
物體的密度為1050 kg/m3，熱容量（heat capacity）為2.5 kJ/kg‧K，熱傳
導係數（thermal conductivity）為3.5 W/m‧K，A物體與水間的熱傳係數
（heat transfer coefficient）為60 W/m2‧K，若A物體內部溫度分布是均ㄧ
的，則：
請先推導出A物體溫度變化，並表示為(T-TH)/(T0-TH)與時間的關係。（15分）
請問3分鐘後A物體的溫度是多少？（5分）
並檢驗畢奧數（Biot number）是否合理？（5分）
代號：
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2
四、有一簡易的矩型蒸鍍機（如下圖），底部放置一矽晶片並加熱進行化學蒸
鍍（chemical vapor deposition, CVD），其反應為：
A(g) →B(s) + 3E(g)
A為前驅物與惰性氣體氦氣（He）一起進入，經過擴散板（diffuser）擴散
至晶片表面，藉由下方加熱板升溫將前驅物A熱裂解，B分子則沉積在晶
片表面形成薄膜，氣體E與He經由擴散由左側排出。假設⑴在擴散板與晶
片之間無流動或擾動之靜止狀態（quiescent），且無任何裂解反應發生，
⑵裂解反應只發生在晶片表面且為非常快速反應，⑶薄膜B的厚度遠小於δ。
請推導在穩態（steady state）下晶片表面A的質量通量（mass flux，NAZ）
為何？（25分）
Hint：DAE為A在E中的擴散係數；莫爾分率yA= yAo at z = 0；氣相中的總濃
度為C。
進料
A
(g)
+
He
擴散
板
z
= 0
薄膜
B
(s)
z
=
δ
加
熱板
晶片
靜止
狀態
A
(g)
E
(g)