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普考申論題 112年 [環境工程] 流體力學概要

第 四 題

四、在污水處理廠中,廢污水的流動速度非常慢(此時雷諾數遠小於 1),此種流況又稱慢速流(Creeping flows),若今天在廢污水中有很多極細小的微生物體受此慢速流流況下,今欲分析微生物體所受水流的阻力大小是流速 V,微生物個體特徵長度 L,及廢污水的黏滯係數μ等的函數。請以因次分析(Dimensional analysis)方法,分析此阻力(FD)與 V、L 及μ的關係。(30 分)
📝 此題為申論題

思路引導 VIP

看到「因次分析」與給定的變數函數關係,直覺應採用「瑞利法(Rayleigh's method,指數法)」或「白金漢π定理」。先寫出所有變數在 M-L-T(質量-長度-時間)系統下的基本因次,再利用因次齊次性(等號兩邊各基本因次指數必相等)解出指數即可得到關係式。

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【解題思路】利用因次齊次性(Dimensional homogeneity)原則,將變數以 M-L-T(質量、長度、時間)基本因次表示,透過指數代數法建立阻力與各變數間的無因次關係。 【詳解】 已知條件與基本假設:

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