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地特三等申論題 111年 [水利工程] 流體力學

第 一 題

📖 題組:
有一大壩進行溢洪道洩洪模型試驗,模型之比例尺為 1/50,已知設計洩洪量為 15,000 cms。
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

模型試驗中之洩洪量為多少?(10 分)

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看到大壩溢洪道等自由表面流(Free-surface flow)的模型試驗,應立即想到重力為流場內的主要控制力,必須採用「福祿數相似律(Froude Similarity)」來處理。透過動力相似條件推演出流量比與長度比的 5/2 次方關係,代入原型流量即可求得模型流量。

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【解題思路】大壩溢洪道屬自由表面流,流場受重力主導,故模型與原型間之動力相似必須滿足「福祿數相似律(Froude model law)」。 【詳解】 已知:

小題 (二)

在模型中某位置量得之流速為 1.2 m/s,其相對應之原型流速為多少?(10 分)

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看到大壩溢洪道等具有自由表面流(Free surface flow)的模型試驗,首先應想到重力為主要控制力,必須滿足「福祿數(Froude number)相似」律。利用福祿數相等推導出流速比與長度比的平方根關係(Vr = √Lr),代入模型流速即可輕鬆求解原型流速。

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【解題思路】溢洪道屬自由表面流,重力為主要驅動力,模型與原型之流場必須滿足福祿數(Froude Number)動態相似律。 【詳解】 已知條件整理:

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