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高考申論題 108年 [機械工程] 流體力學

第 二 題

📖 題組:
四、某二維流場之速度分布如下: u = 1 / (1+t), v = 1 試求此流場
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (二)

在t = 1時通過點(1, 1)之蹟線(或稱煙線)方程式。(10 分)

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蹟線/煙線(Streakline)是由過去不同時間(設為 $\tau$)從同一特定空間點釋放的粒子,在目前的觀察時間($t$)連成的一條線。解題分為三個階段:1. 積分建立質點軌跡方程式(包含釋放時間 $\tau$ 與當前時間 $t$);2. 設定邊界條件:質點在 $t=\tau$ 時位於釋放點 $(1,1)$;3. 將觀察時間 $t=1$ 代入,並消去釋放時間參數 $\tau$,即可得到 $x, y$ 的空間關係式。

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【考點分析】 蹟線/煙線(Streakline)定義、流體質點軌跡(Pathline)積分與參數消去。 【理論/法規依據】

小題 (一)

在t = 1時通過點(1, 1)之流線方程式。(10 分)

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本題區分「流線(Streamline)」與「蹟線(Streakline)」的觀念。流線是「空間的瞬時狀態」。解題步驟:先將觀察時間 $t=1$ 代入速度場中,取得瞬時的速度場分佈。接著代入二維流線的微分方程式 $\frac{dx}{u} = \frac{dy}{v}$,積分求解後,再利用邊界條件「通過點(1, 1)」決定積分常數。

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【考點分析】 流線(Streamline)定義與方程式求解。 【理論/法規依據】

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