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熱力學準備要領

熱力學是一門探討系統與環境能量交互作用的科學,分析熱力學問題所採用的定律,包含能量守恆(第一定律)、熵增定理(第二定理)、可用能方程式(第二定理)、第三定理(絕對 )、與第零定律。

準備熱力學時應認清基本定義,且對於各型熱力系統要靈活運用;熱力學第一定律用以探討功、熱與儲能的交互作用,使用時要謹慎判別工作流體是理想氣體、水蒸氣、混合氣體或是真實氣體;計算理想氣體需採用狀態方程式,水蒸氣需採用水相關,混合氣體需配合狀態方程式。

熵為熱力學第二定律的主角,熵是性質與所經過的熱力過程無關,故在最出與最末的狀態確定時,任何過程熵變化量可由可逆過程求得,使用熵定理時須注意系統包含的範圍,因為環境的不可逆不會被併入,不可逆性(或不可用能)於系統或環境之不可逆因素,同學也要熟悉各種熱力機構;壓縮機、泵浦渦輪機、燃燒器、蒸發器、冷凝器再熱力學第一定理與第二定理之應用。

將以上技巧應用於動力循環(空氣動力蒸氣動力循環與冷凍循環、過程工(熱)熱效率、熵變化不可逆性等等,對於無法直接由實驗量測得熱力性質例如內能熵變化量及比熱等需搭配熱力一般關係式與壓力溫度與比容求得。

一)章節重點分析
傳統上流體力學考題,是著重於計算題,但近兩年考題針對流動現象之描述,重要為因次參數之定義及重要物理觀念,所佔比重漸增。

依機械類各所流力命題重點分析,如下所述:
1. 機械/應力/工科/航太/能源/微機電所:命題焦點重於流體靜力學(求液靜壓力及壓力中心)、  流體運動學(求流線、經線、煙線、渦旋向量)、勢流理論(求速度勢函數、流線函數、組合複  數速度勢流場)、內部黏性層流(完全展開平板流及圓管流)、外部黏性層流(邊界曾方程式堆導、  邊界層厚度、動量厚度、摩擦係數)、伯努利方程式應用、因次分析等。

2.土木/環工/水利/船舶所:命題焦點著重於內部黏性層流(同心管旋轉流或軸向流平板間完全 展開流)、流體靜力學(求合力及壓力中心、穩定性)、流體運動學(求加速度、流動軌跡)、勢  流理論(不可壓縮性、渦旋性)、明渠流(水躍、臨界水深、比能曲線)、伯努利方程式的應用、 因次分析等。
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二)各類考情分析
1.機械/應力/工科/航太/船舶/微機電/能源類:
『不可壓縮管內黏性層流』為各校必考章節,同學應該注意圓管完全展開流的特性與定義,尤其是各區域內作用力、壁剪應力,及壓力之分佈。而平板間完全展開層流與柯提流之速度分佈、平均速度、壓降、最大速率、壁剪應力及摩擦因子皆為考題重點。圓管內完全展開流、同心管旋轉流與軸向流,以及傾斜薄層流動皆都是出題焦點。『控制體積之積分方程式』為第二個重要考點,包含C.與C.M.區分、雷諾傳輸定理之物理意義與證明、質量守恆定律(連續方程式)、動量方程式、動量方程式,及能量方程式之應用、統御方程式之無因次化、相似定律,及重要無因次參數、邊界層流域各區分類、邊界方程式推証與應用、動量積分方程式推証與應用等。其餘依序為流體靜力學、伯努利方程式、流體運動之微分方程式、勢流理論、紊流、明渠流及可壓宿流。

2.土木/環工/水利類:
『流體運動之微分方程式』為各校必考章節,同學應注意方程式推證及物理意義;動量方程式與納威爾史托克方程式應用之應用;應力與應變張量之計算、歐拉方程式之使用條件以及應用。
努利方程式之推證、流線、徑線、煙線之定義與功用;流線函數之定義與計算。『二次分析』為第二個重要考點,其中水庫流動模型最常見。『流體靜力學』為第三個考試焦點,包含巴斯凱定律之定律與推證;液靜壓力公式證明及計算;作用在傾斜平板與曲面板之合力與壓力中心;福利原理之計算應用;流體之剛體運動。其餘常考章節為能量方程式、伯努利方程式、控制體積之積分方程式、勢流理論、明渠流與邊界層流,但可壓縮流一定不會考。

(三) 97年流體力學配分表 (僅列部分學校)
1. 機械/應力/工程類

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2. 土木/環工/水利類
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