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moea_joint_essay 103年 [機械] 熱力學與熱機學、流體力學與流體機械

第 一 題

📖 題組:
三、試回答下列問題︰
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

對商用圓管而言,若圓管內管流的斷面平均速度為 V、直徑為 D、流體密度為 d、黏性係數為 μ,則此管流的雷諾數 (Reynolds Number) NR為何?(2 分)

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寫出雷諾數的定義公式,依題目給定的符號帶入。

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雷諾數 (NR) = 慣性力 / 黏滯力 = (流體密度 × 平均速度 × 特徵長度) / 黏性係數 依題意符號,NR = (d · V · D) / μ

小題 (二)

如何依雷諾數大小區分商用圓管內管流屬層流(Laminar Flow)或紊流(Turbulent Flow)?(4 分)

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指出圓管內流動的兩個臨界雷諾數值,並說明這三個區間的流態分類。

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依據商用圓管的雷諾數大小:

  1. 當 NR < 2100 時,黏滯力主導,流體呈規則分層流動,屬於「層流 (Laminar Flow)」。
  2. 當 2100 ≤ NR ≤ 4000 時,為「過渡流 (Transitional Flow)」。

小題 (三)

何謂高臨界流速(Higher Critical Velocity)與低臨界流速(Lower Critical Velocity)?(4 分)

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解釋流速逐漸上升與下降時,流體由層流轉紊流與紊流轉層流的特定速度點。

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  1. 高臨界流速 (Higher Critical Velocity):是指流體流速由慢逐漸增快時,原本維持平順的層流開始破裂轉變為紊流時的流速。在此流速以上之流體必然發生紊流。
  2. 低臨界流速 (Lower Critical Velocity):是指流體流速由快逐漸減慢時,紊流狀態開始消退並穩定轉變回層流的流速。若流速低於此值,無論初始擾動為何,最終均會穩定為層流。

小題 (四)

請說明曼寧公式( Manning Formula)每一項參數的物理意義。(5 分)

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寫出曼寧公式並逐一解釋 V, n, R, S 這四個參數的定義。

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曼寧公式為:V = (1 / n) · R^(2/3) · S^(1/2) (國際單位制下) 各參數物理意義如下:

  • V (平均流速):明渠或管流中流體通過截面的平均流動速度 (m/s)。

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