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moea_joint_essay 114年 [機械] 熱力學與熱機學、流體力學與流體機械

第 一 題

📖 題組:
五、如【圖1】所示,圓管A內為機油(比重量10 kN / m3),圓管B內為柴油(比重量8 kN / m3),連接一壓力計,其內為水銀(比重 S = 13.6),水銀液面高度差為 0.5 m,請回答下列問題(計算至小數點後第 3 位,以下四捨五入):(2 題,每題 10 分,共 20 分) (一)圓管 A 與圓管 B 之壓力差為何 (單位:kN / m2)? (二)如果圓管 A 之壓力增加 30 kN / m2,圓管 B 之壓力減少 10 kN / m2,則新的水銀液面高度差為何(單位:m)?
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

圓管 A 與圓管 B 之壓力差為何 (單位:kN / m2)?
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利用 U 型管壓力計原理,從管 A 出發,加上向下的液柱壓力、扣除向上的液柱壓力,計算出與管 B 之壓力差。需注意水銀比重量為 13.6 × 9.81 kN/m3。

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已知:機油比重量 γ_A = 10 kN/m3,柴油比重量 γ_B = 8 kN/m3,水銀比重量 γ_Hg = 13.6 × 9.81 = 133.416 kN/m3。 由壓力計圖示,從管 A 沿左管向下至水銀最低液面,再沿右管向上至管 B 的壓力方程式為: P_A + γ_A × (0.4 + 0.2 + 0.5) - γ_Hg × 0.5 - γ_B × 0.2 = P_B

小題 (二)

如果圓管 A 之壓力增加 30 kN / m2,圓管 B 之壓力減少 10 kN / m2,則新的水銀液面高度差為何(單位:m)?
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設定新的水銀高度變化量 y,寫出變化後的各液柱高度與新的壓力差方程式,求解新的水銀高度差 (0.5 + 2y)。

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設新壓力為 P_A' = P_A + 30,P_B' = P_B - 10。 新的壓力差 P_A' - P_B' = (P_A - P_B) + 40 = 57.308 + 40 = 97.308 kN/m2。 因 A 管壓力相對上升,左側水銀液面將下降 y,右側水銀液面將上升 y,新的水銀液面高度差 H = 0.5 + 2y。

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