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普考申論題 105年 [環境工程] 空氣污染與噪音控制技術概要

第 一 題

📖 題組:
四、(一)試說明何謂氣動直徑(aerodynamic diameter)?(10 分) (二)經量測某顆粒物於 20℃,一大氣壓下之沉降速度為 4.5×10⁻³ m/s,已知氣體之黏滯係數為 1.8×10⁻⁵ kg/m.s,試計算該顆粒物之氣動直徑。(10 分)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

試說明何謂氣動直徑(aerodynamic diameter)?(10 分)

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看到「氣動直徑」,應立即聯想到這是為了解決微粒形狀、密度不一而創設的「假想標準化物理量」。答題時務必踩中三大得分關鍵字:「單位密度(1 g/cm³)」、「完美球體」、「相同的終端沉降速度」,最後補充其在空污法規(如 PM2.5 定義)及健康評估上的實務應用以獲取完整分數。

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「氣動直徑(aerodynamic diameter)」指一個具有「單位密度」(1 g/cm³ 或 1000 kg/m³)的「完美球體」,在靜止空氣中與實際不規則微粒具有「相同終端沉降速度(terminal settling velocity)」時,該假想球體的直徑。 其特徵與實務意義包含: (1) 標準化基礎:實際空氣污染物(如粉塵、燻煙)的形狀多為不規則且密度各異,難以直接比較。氣動直徑將微粒的物理直徑、形狀因子與密度整合為單一參數,使不同性質的微粒能在空氣動力學的行為上進行客觀比較。

小題 (二)

經量測某顆粒物於 20℃,一大氣壓下之沉降速度為 4.5×10⁻³ m/s,已知氣體之黏滯係數為 1.8×10⁻⁵ kg/m.s,試計算該顆粒物之氣動直徑。(10 分)

思路引導 VIP

看到計算氣動直徑與沉降速度的題目,應立即聯想到斯托克斯定律(Stokes' Law)。解題關鍵在於帶入氣動直徑的物理定義(視為球體水滴,標準密度為 1000 kg/m³),並確保所有物理量皆轉換為 SI 制單位,再將公式移項求解粒徑。

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【解題關鍵】利用斯托克斯定律(Stokes' Law)終端沉降速度公式,並代入氣動直徑對應之標準密度(1000 kg/m³)進行推導計算。 【解答】 計算: