機械工程 99 年流體力學考古題

如下圖，圓柱體直徑為1 m、質量為M，以繩索與水閘門連結，矩形水閘門的寬為 2 m。假如水深h = 2.5 m，試求穩定水閘門平衡所需的圓柱體質量M。（20 分） 水閘門 圓柱體

試簡述流體（fluid）之定義。（5 分） 何謂牛頓流體（Newtonian fluids），試說明其意。（5 分） 試說明牙膏是否為流體。（5 分） 試說明解有關流體力學問題時與解固體力學問題有何不同。（5 分）

若二維流場的速度向量表示為： ) ( jy ix a V V o r r r + − = 其中Vo及a均為常數。請說明此流場是否為不可壓縮流（incompressible flow）？是 否為非旋流（irrotational flow）？請繪出 0 ≥ x 區域的流線圖（streamlines），並說 明這是怎樣的一種流況。（20 分）

試列出伯努利式（Bernoulli equation）。（6 分） 試說明式中各項之物理意義。（6 分） 試說明應用此式時有何限制條件。（8 分）

試回答下列問題： 何謂flow separation？其影響為何？（10 分） 何謂vortex shedding？其影響為何？（10 分）

吾人慣用靜壓與動壓之概念以計算流體之速度，試： 說明兩者之物理意義。（10 分） 說明如何量取兩者之方法。（10 分）

如下圖，兩個大水槽以水管及幫浦（pump）連結，假如幫浦輸以50 kW的功率，試 求水管的流量。設摩擦損失因子（friction factor）為0.02，並忽略次要損失。水管 直徑Dm＝0.5 m，管長＝600 m。（20 分） 直 徑 Dm = 0.5m 管 長 = 600 m 99年特種考試地方政府公務人員考試試題 代號： 類 科： 水利工程、環境工程、機械工程 全一張 （背面） 33460 33560 34060

何謂雷諾數（Reynolds number），試說明之。（5 分） 試說明其物理意義為何。（5 分） 若球速為144 km/hr，球直徑D=7.5 cm，當時空氣密度ρ=1.23 kg/m3、動黏度 （kinematic viscosity）ν=1.5×10-5 m2/sec，此時球外表之雷諾數為若干？（10 分）

如下圖，水流以速度V正向作用於垂直薄板，薄板的高度為h，寬度為w。假設流體 作用於薄板的曳力（drag force）FD為V、h、w、流體動力滯度（dynamic viscosity） μ及流體密度ρ的函數，試以Π定理求無因次參數群。假如流速V夠大，試說明板後方 可能發生何種流況？（20 分）

明渠流（open channel flow）之流速為0.5 m/sec，水深0.5 m，若渠底面呈上升， 試說明水平面會上升或下降。（10 分） 若佛勞德數（Froude number）由大於1 變成小於1 時，試以能量方程式說明水面 會發生何種現象。（10 分）