第 一 題

看到本題，首先要辨識出考點為「多孔性介質中的氣體擴散」。接著應該思考孔徑大小對擴散機制的影響。當孔徑極小（與氣體平均自由徑相當）時為克努森擴散；孔徑較大時為體積擴散。在過渡區域，兩者皆有貢獻，需使用 Bosanquet 方程式串聯兩阻力。最後，因為是多孔體物質，實際擴散路徑曲折且截面積減少，必須再乘上孔隙率（porosity）並除以曲折度（tortuosity）才能得到有效擴散係數。

這是一道單元操作中「過濾(Filtration)」的基本觀念題。思考時要分為兩層面：首先「定義」濾媒（Filter medium / septum）是什麼樣的物理介質；其次「列舉」它的功能，特別是要強調在餅式過濾（Cake filtration）中，濾媒的主要功能是「支撐濾餅」，而非承擔整個過濾過程的所有攔截工作。

測量儀器放置於流場中會產生干擾，這是流體力學測量時的常識。皮托管作為駐點壓力測量儀器，若體積過大，會嚴重壓縮管內流體通道，導致局部流速增加（Vena contracta效應）及流線變形，使得測得的動壓失去代表性。一般工程規範或教科書建議其直徑或截面積應限制在不干擾流場的範圍內。思考：常用的經驗法則是多少？

這考查流體流經縮流（Vena contracta）後，流場重新發展（Flow recovery）至充分發展流（Fully developed flow）所需的距離。流體經過銳孔盤時，會產生嚴重的流線收縮與尾流（Wake）渦流區，造成永久性壓降。必須等待一段距離讓速度剖面恢復。根據常見儀表規範（如 ISO 5167），下游復原距離約需要多少？