105-水利技師-流體力學精解

若掌握 Munson 所著的 Fundamentals of Fluid Mechanics 的出題模式，相信此年的流體力學就可以十拿九穩，五題之中有三題摘自課本習題；其他兩題則屬於基本觀念與經典解析解的應用，考驗考生的論述能力。以下依序為各題目講評：

第一題
屬於基礎觀念題，但越是基礎的東西，常常會讀者忽略，因為課本的 Chapter1 經常被學校或補習班跳過去不上，而基本盤的掌握總是決勝的所在。

第二題
別於材料力學、結構學，流體力學迷人的可怕的地方就是有東西會流動，而流動的表徵需要透過流線 (Streamline)、跡線 (Pathline)、煙線 (Streakine)與時間線 (Timeline)用以描述，而這些概念好像又是出現在課本的 Chapter 1當中的基本配備，但時常被乎略，是因為
  • 需要透過流體力學實驗的動手操作才會有感覺；
  • 需要透過計算流體力學的程式撰寫才會有感覺。
可以參閱 Currie 所著的 Fundamental Mechanics of Fluids ，第41頁至46頁，有十分嚴謹的推論與示範。

第三題
掌握質量守恆定律、能量守恆定律，就能做洗手台設計。

第四題
此題是外部流場 (External flow field) 的考題，但僅需考慮力平衡的關係。此時就要想到內部流場 (Internal flow field) 是什麼？因為這是關於第五題取分的成敗。各流場討論議題有以下的關鍵字：
  • 外部流場 (External flow field)：Lift and drag、Boundary layer theorem等；
  • 內部流場 (Internal flow field) ：Energy dissipating、Pressure drops等。
可以參閱 Street 所著的 Elementary Fluid Mechanic，第7章有很傳神的插圖說明。同時這一題需要去區分符號法則 (Sing convention) 與座標系統 (Coordinate system)，符號法則與座標系統的制訂是會因人而異的，可以參閱陳宏謀所著材料力學觀念分析，裡面有詳細地論證其差異性。




第五題
內部流場 (Internal flow field) 當中的經典解析解，包含：
  • Couette flow (平板流)(102水技流力4-1)；
  • Hagent-Poiseuille equation (圓管流)(103水技流力4-1、104高三流力5-5)；
  • Darcy-Weisbach equation (圓管流、平板流)(100水技流力4-2、096水技流力5-5)。
常常是考題之一，必須要會證明，並且了解其差異性、適用性。若需要參考其他的經典解析解，請參閱Currie 所著的 Fundamental Mechanics of Fluids ，第七章 (Exact solutions) 。

以上為個人認為較合理解題過程，如果有其他想法，歡迎來信討論；流體力學學習地圖在這裡；想找書在這裡；最後，感謝余姿瑩小姐，協助繕打繪圖；儲逸先生，協助勘誤。

參考資料：
  • Munson, B. R., Young, D. F., & Okiishi, T. H. (2009). Fundamentals of fluid mechanics
  • Robert L. Street, Gary Z. Watters, & John K. Vennard. (1995). Elementary Fluid Mechanics
  • Currie, I. G. (2012). Fundamental mechanics of fluids.







留言

  1. Unknown2017年11月15日 晚上8:02

    謝謝你詳細的解說。
    想請教第五題的a^4轉換成(√2b)^4時，是否沒寫到(√2)^4，謝謝。

    回覆刪除
    回覆
    1. Unknown2017年11月16日 晚上7:19

      謝謝您的提問，因回覆欄無法繕打方程式，請至下列網址點閱參考。
      https://drive.google.com/open?id=1Hx--yqrhMwm16dLQ8r4BEYKyI7BwHNgE

      您提的問題所在 (√2)^4 = 4，是有出現在原式當中。

      刪除
    2. Unknown2017年11月18日 凌晨4:58

      我懂了，很詳細，謝謝 : )

      刪除

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