研究所2023試題大補帖【輸送現象與單元操作】(107~111年試題)[適用臺大、清大、中央、中興、成大、臺科大、北科大、中正研究所考試] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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林隆

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深度解析流体力学与化学反应工程：构建工业过程的坚实基础 本书并非聚焦于特定年份的研究所考试真题汇编，而是旨在为化学工程、环境工程、材料科学以及相关领域的研究生和工程师，提供一套全面、深入且极具实践指导意义的流体力学、单元操作与化学反应工程基础理论框架。它立足于学科的普适性原理，旨在培养读者解决复杂工程问题的能力，而非仅仅应付考试。 第一部分：流体力学——理解物质的运动规律 流体力学是所有单元操作的基石。本部分内容详尽地阐述了从宏观到微观尺度的流体行为，确保读者对动量、能量和质量的传递机制有深刻的理解。 一、流体静力学与流场描述： 详细考察了静止流体中的压力分布，包括静水压计算、测压计的应用原理及误差分析。在动量描述方面，引入了拉格朗日和欧拉描述方法，并深入探讨了流场分析的关键工具——连续性方程、动量方程（纳维-斯托克斯方程）的推导与应用。特别强调了边界条件在确定实际流场中的决定性作用。 二、层流与湍流： 对流动的两种基本形态进行了细致的区分。在层流部分，重点解析了牛顿流体和非牛顿流体的本构方程，并详细推导了圆管、平板上的典型层流问题的解析解（如泊肃叶流、库埃特流）。湍流部分，则超越了精确解的范畴，深入探讨了雷诺平均化处理方法，湍流模型（如零方程、单方程模型）的基本概念，以及湍流边界层中的速度剖面（如壁面律、卡门流）的应用。对动量传递中的湍流效应进行了量化分析。 三、无量纲分析与相似性原理： 无量纲化是工程设计和实验研究中的核心工具。本章系统回顾了量纲分析方法（如 Buckingham $pi$ 定理），并重点阐述了重要的无量纲数（如雷诺数、弗洛德数、欧拉数）的物理意义及其在放大、缩尺效应中的应用。通过对动量、能量和质量传递过程的相似性分析，指导读者如何利用模型实验预测真实过程的行为。 四、管路流动与不可压缩流： 详细分析了实际管路系统中流体流动的特性，包括沿程阻力（摩擦因子与雷诺数的关系，Moody 图的精确使用）、局部阻力（阀门、弯头等附件的等效长度法和 K 值法）的计算。对流体机械中的泵和压缩机进行了基础介绍，重点在于分析能量输入、效率评估和系统曲线的构建。 第二部分：单元操作——实现物理分离与混合的艺术 单元操作是连接基础科学与工业生产的桥梁。本部分着重于过程设计中涉及的相平衡、传质、传热和流体输送的关键技术。 一、传热学基础与设备： 深入讲解了三种基本传热机理：导热、对流和辐射。对稳态和非稳态导热问题进行了数学建模，尤其是涉及复合壁和径向导热（如管壳式换热器中的管束）的分析。对流传热部分，侧重于对流换热系数的估算（利用努塞尔数关联式）和换热器设计（如 LMTD 法和 NTU-Effectiveness 法）。重点分析了管壳式换热器、流化床换热等典型设备的结构与性能。 二、动量、热量与质量传递的耦合： 本章是理解所有分离过程的理论核心。详细阐述了菲克第一、第二定律在质量扩散中的应用，以及傅里叶定律和牛顿冷却定律在热传递中的地位。关键在于阐明速度场如何影响物质和能量的传递速率，特别是对于粘性流体内部的分子扩散与湍流引起的涡旋扩散的对比分析。 三、单元操作实例：分离过程： 1. 过滤与沉降： 详细分析了过滤操作中的恒定压力过滤和恒定速率过滤的动力学模型，包括滤饼阻力与滤膜阻力的贡献。沉降操作则侧重于颗粒在流体中的终端沉速计算，并探讨了离心分离（如澄清器）的基本原理。 2. 蒸馏与吸收： 针对液-气相分离，系统讲解了相平衡数据（Raoult 定律、Henry 定律）的构建与应用。在精馏设计中，详细推导了 McCabe-Thiele 图解法和横向折线法，并引入了关于最小回流比和最小塔板数的计算方法。吸收操作则聚焦于传质速率的计算，包括液膜控制、气膜控制以及双膜理论在吸收塔设计中的应用。 3. 萃取与膜分离： 萃取部分侧重于液-液平衡图（三角图）的构建与操作线分析，重点介绍溶剂的选择原则和多级逆流萃取的效率评估。膜分离技术（如反渗透、纳滤）部分，则从流体动力学角度解析了渗透通量和选择性的影响因素。 第三部分：化学反应工程——从反应到过程的转化 本部分将理论化学动力学与工程实践相结合，指导读者如何设计和放大化学反应器。 一、反应动力学基础： 系统回顾了反应速率常数的确定方法，包括表观级数、真实级数及阿累尼乌斯方程。深入分析了复杂反应（连串反应、平行反应）的动力学特点，并对催化反应速率模型（如 Langmuir-Hinshelwood 模型）进行了详细推导和参数拟合。 二、理想反应器设计： 这是反应工程的核心。详细推导了间歇反应器（Batch Reactor）、连续搅拌槽反应器（CSTR）和活塞流反应器（PFR）的设计方程，并分析了它们在不同反应级数下的性能比较。重点在于体积设计方程的建立，以及如何处理非恒定密度或包含相变的反应体系。 三、反应器放大与非理想效应： 本章探讨了实际反应器中偏离理想状态的情况。详细分析了温度梯度（热点、爆炸风险）和浓度梯度对反应选择性和收率的影响。对非理想流动（如返混、死区）的处理，引入了分散模型（如泰勒弥散模型）的概念，并探讨了如何利用 RTD（停留时间分布）函数来评估反应器的真实性能。 四、多相反应器系统： 重点解析了气-固多相催化反应器，特别是固定床反应器和流化床反应器的设计挑战。讨论了催化剂的性质（孔隙结构、活性位点）如何影响宏观反应速率。对于气-液多相反应，则侧重于气液相间传质与反应速率的耦合分析。 本书通过上述三个相互关联的部分，构建了一个完整的工程科学知识体系。它强调从基本原理出发，通过严谨的数学推导，最终落脚于实际工程问题的量化求解与优化设计，致力于培养具备深厚理论基础和强大工程实践能力的专业人才。

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對於像我這種從非相關科系背景轉戰研究所的考生來說，輸送現象與單元操作簡直是夢魘級的科目。公式多、定義雜、物理意義難以建立，常常覺得自己像是瞎子摸象。這本試題集最棒的地方，就是它巧妙地串聯了不同年份、不同學校之間的知識點。舉例來說，台大可能在108年考了一個涉及雷諾數的判定問題，而清大在110年卻把它包裝成一個關於幫浦效率的應用題。如果你只看單一年份的題目，很容易覺得兩題不相關。但透過這本的彙整，我能清楚地看到，它們最終考的都是「流體剪切力」這個核心概念。它不是簡單的題目堆砌，而是透過解題的「對話」，讓你意識到不同教授是如何從同一個基礎概念出發，設計出千變萬化的考題。這種宏觀的視野一旦建立起來，看書時就不再是單點突破，而是網狀記憶，對於需要融會貫通的研究所考試來說，這種思維模式的培養，比死記硬背幾個公式重要一百倍。它強迫你從「解題者」的角度去看待這些物理定律。

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從排版設計來看，這本的用心程度絕對是業界頂尖水準。現在的考生誰不是用電腦螢幕、平板輔助讀書？如果書的版面設計不佳，光是眼睛就先累一半。這本的字體大小適中，黑白印刷卻能有效利用不同粗細的字體來區分「題目要求」、「已知條件」和「推導過程」，層次感非常分明。尤其在處理那些複雜的積分符號、偏微分方程時，排版上幾乎沒有出現模糊不清或錯位的狀況，這對於需要反覆檢查計算細節的工程問題來說，簡直是救命稻草。我記得有一次在寫複雜的對流換熱係數的計算題時，如果積分上下限看錯了，整題就報廢了。這本的清晰度，讓我能夠迅速掃描並確認每一個數學符號的正確性。而且，它不像某些參考書，把所有題目都塞在一起，而是根據學校性質做了簡單的標註，讓你知道「這是中央喜歡的圓柱座標系問題」，或是「這是中興偏好的多孔介質流動問題」。這種「情報戰」的優勢，對我們這種要跨校準備的考生來說，簡直是無價之寶，大幅減少了時間浪費在無謂的資訊搜尋上。

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老實說，如果只是想應付基礎學科的考試，市面上三百塊的普通考古題就夠了。但如果你目標是頂尖學府，特別是那些要求嚴格、愛出「創意題」的學校（像是交大或某些特定領域的題目），這本《試題大補帖》的價值就顯現出來了。它收錄的題目，往往帶有更強烈的「學術前沿」或「專業深度」的影子，它們不只考你會不會算，更考你對某些現象的物理直覺和工程判斷力。我特別注意到，在涉及到化學反應工程與輸送現象交叉領域的題目時，這本提供的解析，會比教科書更貼近實際的工業應用案例，例如在處理多相流反應器中的傳質限制時，它的解法就比我修課用的教材更為實戰化。這不是一本讓你「剛好及格」的書，而是一本讓你「準備超越平均水平」的工具。當你在考場上看到一道看似全新的題目時，你腦中浮現的，很可能就是這本裡某個被你反覆演算過的、但換了情境的解題框架。這份「預見性」，才是花錢買這本最值得的地方，它讓你少走許多彎路，精準命中那些決定名次的關鍵高分題。

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坦白講，市面上補習班的講義五花八門，但很多時候，那些「詳解」根本就是把標準答案抄上去，中間的推理過程省略得一乾二淨，搞得我們好像在背誦公式，而不是在學習解題思維。這本《試題大補帖》在這方面做得極為出色。我印象最深刻的是「單元操作」中的單元分離技術，像是精餾塔的計算，教科書上往往只提到了 McCabe-Thiele 圖解法，但實際考題常會出現操作線斜率變化、或是涉及非理想溶液的情況。這本試題集就非常細膩地呈現了這些「變化題」的解法，它不只告訴你平衡線怎麼畫，更強調了在加入冷凝器或再沸器效率的考量後，如何修正操作線。我發現，許多題目其實都在測試你對「質量守恆」和「能量守恆」在特定操作單元中的應用深度，而非單純的數學運算。當我對照著去年的台科大考題，發現它對「萃取平衡線」的處理方式，完全可以從這本的範例中找到對應的思路脈絡，這讓我對考試的信心度暴增，感覺自己已經掌握了「出題者的邏輯」，而不是被動地被題目牽著走。這本更像是一位經驗豐富的學長，在旁邊手把手教你如何拆解複雜的工程問題。

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這本《研究所2023試題大補帖【輸送現象與單元操作】》真是幫了我大忙，尤其是我這種時間緊迫的考生。說真的，光是把歷年台大、清大、成大這些頂尖學校的考題全部找齊、分類好，就已經省去我好幾週的功夫了。我特別有感觸的是它對「輸送現象」這塊的處理，你知道的，流體力學跟熱傳導那塊觀念超級抽象，光看教科書常常一頭霧水。但這本把歷屆試題的解法，用一種很直觀的方式呈現出來，很多關鍵步驟都會用粗體標示，或是附上簡短的「觀念提醒」。舉例來說，關於牛頓流體和非牛頓流體的剪應力分佈，以前我總是在數學推導上卡住，但看到考題解析後，突然就明白了在不同邊界條件下，如何快速建立動量平衡方程式。而且，它的章節編排很貼心，是按照知識點來劃分，而不是單純按年份排序，這讓我能針對自己弱項，例如像「邊界層理論」的近似解法，進行高度集中的複習。總之，這本的價值不在於教你全新的理論，而是「翻譯」了頂尖教授們最愛考的「應用場景」，讓你在有限時間內，效率直衝雲霄。對於準備要衝刺的考生來說，它根本就是戰場上的神器，不再是厚重的理論磚塊，而是精準的導航圖。