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輸送現象與單元操作
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112年 - 112 專技高考_化學工程技師:輸送現象與單元操作#117650
> 申論題
題組內容
一、有一流體在圓管中流動,如圖一所示。請說明或推導如下:
(三)承本題(二),試推導流體平均流速(average velocity)與最大流速的關係?(5 分)
相關申論題
二、比重 0.8,黏度(viscosity)為 0.02 Pa‧s 之某流體,水平流經內部直徑 (inner diameter)200 mm 之鋼管,體積流率(volume flow rate)為 85 m3/h, 鋼管長度為 150 m;管內部之摩擦因子(friction factor)為 0.001。求流 體在此系統的雷諾數(Reynold No.)NRe 以及每公尺管長的壓力降 (pressure drop)為多少 Pa?(15 分)註:管子的壓降和摩擦係數(friction factor),關係如下:(ΔP / ρ) = (4 f U2 L) / (2gc D)ΔP 為壓力降;D 為管徑;f 為摩擦因子;ρ 為流體密度;U 為流體 平均流速;L 為管長。
#502532
(一)請推導出 T(x)的溫度分布方程式。 (20 分)
#502533
(二)由翅片傳送至流體的熱流率。(10 分)
#502534
四、工業程序中同時伴有非均勻化學反應(heterogeneous chemical reaction)及擴散質量輸送(diffusion mass transport)之實例甚多。今有一球形煤粒, 其半徑為 R,靜置於空氣中,O2 擴散至球粒表面,發生下反應(圖三):2 C(s) + O2 (g) → 2 CO (g) 假設 CO 和 O2 在氣膜中不起化學反應,擴散僅在 r 方向發生,且此系統的質量傳送 (mass transfer) 呈穩定狀態。空氣中 O2之莫耳分率 (molar fraction) 為 21 %。試導出 O2 之莫耳流率(molar flow rate)(WO2)。(20 分)
#502535
五、廠房內的空氣溫度為 30 ℃,壓力為 101.3 KPa,含有水蒸汽的分壓(partial pressure)為 12.54 KPa。若 30 ℃下水的飽和蒸汽壓(saturated vapor pressure)為 20.52 KPa,請計算該廠房的飽和濕度(saturation humidity, Hs)和百分比濕度(percentage humidity, Hp)。(15 分)
#502536
一、圖一(a)電晶體操作在主動區,熱能電壓(thermal equivalent voltage) VT = 25 mV,VBE = 0.7 V,β = 39,ro→ ∞,VS = 7.5 V,Ra = 0.8 kΩ, RL = 100 Ω。Zener 二極體之特性如圖一(b),圖中 S = Ω–1 ,△VS 與△Vo 分別是 VS 與 Vo 的微變量。求算△Vo /△VS 與△VS = 0 時之 Vo。(20 分)
#502537
二、圖二(a)電路 VDD = +5 V,R1 = R2 = 2 kΩ,MN 之臨界電壓 |Vtn| = 3.5 V,製程參數(kn'/2)(W/L) = 2/9 mA/V;MP 之|Vtp| = 2.5 V,(kp'/2)(W/L) = 1/12 mA/V; NMOS 之汲極電流公式如圖二(b)。Vs = 0 V 與+5 V 時,分別求算 IDP、 IDN 以及 Vo 之值。(20 分)
#502538
三、以開路時間常數法估算放大器增益的高頻 3-dB 頻率ωH,先求算各必要之電容 Ck 在其他電容開路時所看到的電阻 Rk,得常數τk = RkCk,總時間常數τ為所有τk 之總和。圖三放大器增益 Av = vo/vsig Avo/(1 + jω/ωH),求 算中頻增益 Avo,並以開路常數法估算ωH。rπ = 4rx = 2 kΩ,Cπ = 1.22 pF, Cμ = 0.28 pF,gm = 15.5 mA/V,ro = 75 kΩ;耦合電容 CB = CC = 25 μF; 外部電阻 Rsig = 0,RB = 45 kΩ,RC = 12.5 kΩ,RL = 15 kΩ。(20 分)
#502539
四、圖四振盪器使用理想運算放大器,R1 = 3R = 3 kΩ,C = 0.1 μF。定義兩 RC 電路(含節點 va)之輸出與輸入電壓比為回授β(s) = vb/vo,其餘電路 (含節點 vi)之電壓比為增益 A(s) = vo/vb。推導β(s)與 A(s)之數學式,藉 以求算振盪輸出 vo 的角頻率ωo,並指出 R2 值的範圍。(20 分)
#502540
五、圖五(a)回授放大器中,Rs = 0.5 kΩ,Ri = 20 kΩ,Gm = 15 mA/V,ro = 2RL = 100 kΩ,Ra = 9RF = 45 kΩ。以圖五(b)做近似分析,A = vo/vi,β = vf /vo, Af = vo/vs,其中圖五(a)之 Ra-RF回授網路的負載效應已納入 A 電路。畫出 A 電路,並求算β、A、與 Af。 (20 分)
#502541
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