107年公務人員高等考試三級考試試題 代號：36620 全一頁 類 科： 化學工程
科 目： 輸送現象與單元操作
考試時間： 2 小時 座號：
※注意： 可以使用電子計算器。
不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。
本科目得以本國文字或英文作答。
（請接背面）
一、一牛頓流體（Newtonian fluid）以層流（laminar flow）流經長度為 L、半徑為 R 之水 平圓管。流體之密度 ρ 及黏度 μ 皆為定值。進出口壓力差為ΔP。
請求解體積流率（volumetric flow rate）Q。（15 分）
請求解泛寧摩擦係數（Fanning friction factor）f 與雷諾數（Reynolds number）Re 間之關係式。（10 分）
上述所得摩擦係數f 與雷諾數 Re 間之關係式，是否適用於非圓形管內層流之流動？
並請解釋其理由。（4 分）
對於平滑圓管之紊流（turbulent flow）而言，f = 0.046 Re-0.2（5 × 104< Re < 1 × 106）。
請問此公式是否適用於非圓形管內紊流之流動？並請解釋其理由。（4 分）
如上述層流或紊流之摩擦係數公式可適用於非圓形管內之流動，此時雷諾數 Re 之 直徑應如何定義？（5 分）
二、使用一泵將 25℃之水從位於地平面之蓄水池輸送至高處之吸收塔，水流量為 9 m3/h，
水之密度為 998 kg/m3。水管出口高於地平面5 m。從蓄水池至水管出口之 50-mm 水 管的摩擦損耗（friction loss）共為 2.5 J/kg。假如泵只能輸出 0.1 kW 的功率，蓄水池 的水面須維持在何高度？（20 分）
三、一泵在夜間時利用離峰電力將河水輸送至離河面 500 ft 高之山丘上蓄水池。在日間時 將蓄水池之水經渦輪（turbine）回流至河流以協助日間供電。水之密度為 62.3 lb/ft3。
輸送河流水共用到兩條各長 2,500 ft 的 30-inch 圓管，流量各為 20,000 gal/min。管 路之摩擦損耗（friction loss）相當於 15 ft 水柱。如泵效率（efficiency）為 85%，
所需之泵功率（power）為多少馬力（horsepower）？（15 分）
日間回流如流量相同，渦輪效率為 85%，渦輪產生之功率為多少馬力？（5 分）
此水力儲能系統之總效率（overall efficiency）為何？（2 分）
單位換算：1 ft3/s = 448.83 gal/min, 1 ft = 12 in, g = 32.174 ft/s2, 1 hp = 550 ft．lbf/s 四、一逆向流（counterflow）之熱交換器中，熱流從 120℃降溫為 40℃，冷流從 20℃增
溫為 60℃。如熱交換器以同向流（parallel flow）操作，熱流及冷流之出口溫各為多 少？（20 分）
