化學工程 92 年輸送現象與單元操作考古題

2.5 大氣壓，300K 的空氣（粘度為0.018CP）流進一長100 公尺，內直徑 為80 ㎜之平滑鋼管、其為恆溫流動，且其出口壓力為1.25 大氣壓，則空 氣在管中之質量流通量(mass flux)為何？（20 分） 注意： 對恆溫可壓縮流動 Pa 2 - Pb 2 = M 2RTG 2 ⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ ρ ρ + b a ln D fL

其中Pa 及Pb 是入出口壓力，R 是氣體常數，T 是溫度，G 是質量流通 量，M 是分子量，f 是摩擦因子(friction factor)，L 是管長，D 是管直徑， a ρ 及 b ρ 是流體在入出口之密度。 當5×104＜Re＜106 , f = 2.0 Re 046 .0 。 二、 (Naphthalene)是昇華性固體，試推導 丸懸吊於儲藏室內，穩態昇華條 件下之濃度分佈。假設 蒸氣擴散是通過靜止氣體擴散(Diffusion through stagnant gas)， 丸視作球體，半徑R， 丸表面位置之蒸氣濃度XA = XAe ， XA 是 之莫耳分率濃度，XAe 是 之平衡濃度。距離無限遠處， 濃度為 零。（20 分）

請寫下牛頓流體(Newtonian fluid)在密度及粘度(viscosity)為定值時之運動方 程式(即Navier-Stokes equation)，並敘述各項之物理意義。何謂蜒流(creeping flow)？在蜒流情況下，我們可以對運動方程式作何假設？此種假設適用雷 諾數(Reynolds number)範圍為何？（20 分） 九十二年特種考試地方政府公務人員考試試題 類 科： 化學工程 考試時間： 二小時

如圖所示是啟始溫度為To 的各種固體的中心溫度隨傅利葉數(Fourier number)變化的情形。在熱傳過程中，固體表面溫度皆維持在固定溫度Ts。 有一長度為0.1m，直徑為0.1m 的圓柱體(α = 5.95 × 10-7m2/s)，其啟始溫度 為292K。將此圓柱置入溫度為373K 的水蒸氣中，蒸氣在其表面上冷凝且 知對流熱傳係數ｈ為8500W/m2K。試問： 附圖是否適合於求解上述問題。（5 分） 試求圓柱體中心溫度達310K 所需的時間。（15 分）

請指出下列實例中，所涉及的質傳單元操作，並簡單說明。（每小題5 分，共20 分） 機車騎士用的含活性碳口罩 魚缸中打入空氣 濃縮果汁 洗腎/人工腎臟 1.0 0.1 0.01 0.001 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 αt/ 2 1x ( T-Ts ) / ( T0 - T s)