水利工程 103 年流體力學概要考古題

在複雜流場中，關於流體元素之受力作用運動形式類別，請敘明之。（20 分）

庫房之開放式大平面消防水槽通常置於高處以避免其占用平面倉儲之空間，而消防 水槽中之水即經由等徑水管虹吸排出，如下圖所示。已知消防水槽內之水深4 公尺、 虹吸管之尾端低於消防水槽之水平面8 公尺，且當時的大氣壓力與水蒸氣壓力分別 為100 kPa 與2.5 kPa。請問，欲避免空蝕現象，最大之H 值為何？（20 分）

流體的運動其動力行為機制可藉由牛頓第二運動定律推導出之柏努力方程式 （Bernoulli equation）描述解釋。請回答應用柏努力方程式之適用條件。（20 分）

SCB Hotel 將游泳池設於主宴會廳之正上方，宴會廳之頂為透明特殊玻璃所製並配 以炫幻之燈光效果，故此，凡在主宴會廳用餐者，除享受美味佳餚外，還可以觀賞 變幻萬千的光影效果下之真人游泳秀。為此，游泳池的換水必須使用安裝於其北方 側牆的機能式排水閘門進行。平日，高度3 公尺、寬度50 公尺的閘門處於直立狀 態，閘門頂端以絞鏈固定，如下圖所示。換水時，該閘門將順時針轉動以產生排水 口，排水口之收縮係數則為0.63。已知，游泳池進行換水作業時，閘門轉動30 度 並歷時30 分鐘，請問，單次排水任務之總排水量（m3）為何？（20 分） 30 c 3 公尺 2.5 公尺 固定絞鏈 3 公尺 103年公務人員普通考試試題 代號： 全一張 （背面） 43420 43520

經溢洪道洩水產生水躍（hydraulic jump）現象，水躍前與後之水深分別為 1y 與 2y 。 若水躍前水深 m 2.0 1  y ，福祿數（Froude number） 1.4  Fr ，請計算水躍後之水深 2y ？ （20 分）

BLF 公司新發展的超級跑車，時速自0 加速至100 公里僅需2.39 秒，極速則為每小 時471 公里，使用比重為0.86 的C 類汽油。本次試車，車速定為每小時465 公里， 裝在於車頂的引擎進氣口面積為0.18 平方公尺，進入空氣之密度為每立方公尺 0.796 公斤，引擎出氣口面積為0.12 平方公尺，出口廢氣之密度是每立方公尺0.573 公 斤；在地面的固定觀測站所測得的引擎廢氣則以每小時505 公里的速度離開引擎。 請估算，該車在這樣的操作狀態下，其每小時耗油量（公升）為何？（20 分）

穩定水流（steady water flow）流經寬度2.0 m 的矩形渠道，其示意圖如下。若上游 水深度1000 mm，而水流過渠道底部隆起100 mm 處，水面上升600 mm。今不考 慮黏性效應，請計算該矩形渠道水流量Q 為若干？（20 分）

超級療養中心KGY 之入住保證金為100 萬美元，月費則依等級，收費1~5 萬美元 不等。為響應節能減碳，日前對該中心進行全面能耗檢視。由於其主要污水管道為 水平、圓形截面的管路連結系統，如下圖所示，而全中心所有污水即經此管道以泵 加壓排出。請問，管道截面積、流體流速與因為管道截面突然放大所造成的能量損 失的關係為何？（20 分）

下圖中A 與B 兩圓管相連通，內部灌滿比重為SG=0.85 之油。A 管直徑為0.2 m， B 管直徑為0.05 m。今於B 管上端面b-b 處施予FB=100 kN 之作用力，應用巴斯卡 定律（Pascal’s law），請計算A 管上端面a-a 處所承受之作用力FA為何？（20 分） Q oil（SG=0.85） 1000 mm 1500 mm 100 mm FA FB A B a a b b

鑒於地面交通日漸擁擠，BPS 公司擬設計一款騰飛型汽車，而汽車騰空後將以時速 300 公里在標準空氣中巡航。為確保設計無誤，擬以1：10 比例的模型在增壓風洞中 進行阻力測試。為了減少壓縮性效應，在風洞中的空氣速率亦維持每小時300 公里的 速度；且原型與模型所運作的空氣溫度亦均相同。在此設定下，模型車所測得的阻力 為20 牛頓，但是卻無法應用此結果來計算原型車之阻力。請問，原因為何？（20 分） V1 V2