การถ่ายเทของไหล

มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์

คณะวิศวกรรมศาสตร์

การสอบกลางภาค : ประจำภาคการศึกษาที่ 2 ประจำปีการศึกษา : 2544

วันที่ : 23 ธันวาคม 2544 เวลา : 13.30-16.30

วิชา : 230-211 การถ่ายเทของไหล ห้องสอบ : R 300

· ข้อสอบมีทั้งหมด 10 ข้อ ต้องทำทุกข้อ
· แต่ละข้ออาจมีคะแนนไม่เท่ากัน	เฉพาะผู้ตรวจข้อสอบ
· คะแนนเต็มทั้งหมด 160 คะแนน ควรใช้เวลา	ข้อ	คะแนนเต็ม	ได้คะแนน
· ทำข้อสอบโดยเฉลี่ย 1 นาที/คะแนน	1	20
· ให้นักศึกษาทำข้อสอบในข้อสอบ โดยเขียนชื่อ รหัสประจำตัว ที่ด้านบนของข้อสอบทุกหน้า และหากใช้ด้านหลังของข้อสอบ ทำข้อสอบเพิ่มเติม โปรดทำเครื่องหมายในช่อง ð ที่มุมขวาล่างด้วย	2	10
	3	10
	4	15
	5	15
· ห้ามนำข้อสอบ ทั้งหมด หรือบางส่วน ออกนอกห้องสอบ	6	10
	7	20
· ห้ามหยิบยืม หนังสือ เอกสาร เครื่องคำนวณ หรืออุปกรณ์อื่น ๆ ซึ่งกันและกัน	8	20
	9	20
· อนุญาตให้นำ ตำรา หนังสือ รวมทั้งเอกสารต่างๆเข้าห้องสอบได้	10	20
	รวม	160
· อนุญาตให้นำเครื่องคำนวณ (ไม่จำกัดสมรรถนะ) เข้าห้องสอบได้

สุธรรม สุขมณี

ผู้ออกข้อสอบ

13 ธันวาคม 2544

ข้อสอบมีทั้งหมด 12 หน้า โปรดตรวจความเรียบร้อยก่อนลงมือทำ

1) น้ำที่อุณหภูมิ 90 ^oF ความหนาแน่น (r) 62.11 lb_m/ft³ ความหนืด (m) 0.76 centipoise (cp) ไหลในท่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน (D) 3.826 in. ด้วยความเร็วเชิงเส้นเฉลี่ย (V) 2.6 ft/s โดยที่จุดหนึ่งภายในท่อซึ่งมีความเร่งจากแรงโน้มถ่วง (g) 32.2 ft/s² น้ำมีความดัน (P) 17 lb_f/in² (psi)

1.1 น้ำหนักจำเพาะ (specific weight, g) ของน้ำในหน่วย lb_f/ft³ มีค่าเท่าใด (3 คะแนน)

1.2 ความหนืดจลน์ (kinematic viscosity, n) ของน้ำในหน่วย ft²/s มีค่าเท่าใด (3 คะแนน)

1.3 อัตราการไหลเชิงปริมาตร (Q) ของน้ำในหน่วย gpm (U.S.) มีค่าเท่าใด (4 คะแนน)

1.4 ถ้า R คือตัวแปรไร้มิติ (dimensionless) ซึ่งคำนวณจาก ความเร็วของน้ำ เส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อ ความหนาแน่น และความหนืดของน้ำ โดย การไหลของน้ำตามเงื่อนไขที่กำหนด มีค่าของ R เท่าใด (5 คะแนน)

1.5 ถ้า P* คือตัวแปรไร้มิติ คำนวณจาก ความดัน ความหนาแน่น และความเร็วของน้ำ โดย การไหลของน้ำตามเงื่อนไขที่กำหนด มีค่าของ P* เท่าใด (5 คะแนน)

2) ถังทรงกระบอกบรรจุน้ำจนถึงระดับ 3 เมตรจากก้นถัง และมีชั้นน้ำมัน (ถ.พ. 0.86) หนา 0.86 เมตรเหนือระดับน้ำ ถ้าความดันบรรยากาศมีค่า 101.2 kPa ความดันสมบูรณ์ที่ระดับบนของชั้นน้ำและที่กันถัง มีค่าเท่าใด (10 คะแนน)

3) แท่งวัสดุรูปทรงกระบอก ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 cm สูง 10 cm มวล 0.45 kg ลอยอยู่ในของเหลว ซึ่งมีความหนาแน่น 819 kg/m³ ตามที่แสดงไว้ในรูป ความสูงของแท่งวัสดุ ส่วนที่ลอยอยู่เหนือระดับของของเหลว มีค่าเท่าใด (10 คะแนน)

4) เมื่อใช้แมโนมิเตอร์แบบตัวยูชนิดปลายเปิด วัดความดันของน้ำ ความหนาแน่น (r) 62.11 lb_m/ft³ ในท่อ โดยบรรจุปรอท (ถ.พ. 13.6) ไว้ภายในหลอดแก้ว พบว่าระดับปรอทในขาของแมโนมิเตอร์ด้านที่เชื่อมต่อกับท่อน้ำ ต่ำกว่าจุดที่ต้องการวัดความดัน 8 นิ้ว และระดับปรอทในขาอีกด้านหนึ่งของแมโนมิเตอร์ (ด้านที่ปลายเปิด) สูงกว่าจุดที่ต้องการวัดความดัน 3 นิ้ว ขณะที่ทำการวัด ความดันบรรยากาศมีค่า 29.80 นิ้ว-ปรอท ความดันเกจและความดันสมบูรณ์ของน้ำในท่อ ในหน่วย lb_f/in² มีค่าเท่าใด (15 คะแนน)

5) ภาพฉาย (projection) ด้านหน้าของเขื่อนกั้นน้ำ ประกอบด้วยเสี้ยวของวงกลมและสามเหลี่ยมตามที่แสดงไว้ในรูปประกอบ ถ้าระดับน้ำเต็มเขื่อน และน้ำมีความหนาแน่น 62.2 lb_m/ft³ ตัวเขื่อนกั้นน้ำต้องรับแรงสุทธิเท่าใด (15 คะแนน)

6) แม่น้ำสายหนึ่ง มีพื้นที่หน้าตัดซึ่งอาจถือได้ว่าเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า โดยต้นน้ำ กว้าง 15 m ลึก 3 m น้ำมีความเร็วเชิงเส้นเฉลี่ย 0.3 m/s หากการไหลเป็นแบบภาวะคงตัว (steady state) และที่ปลายทาง (ปากน้ำ) แม่น้ำมีความกว้าง 45 เมตร ลึก 2 เมตร อัตราการไหลเชิงปริมาตร และความเร็วเชิงเส้นเฉลี่ยของน้ำที่จุดนี้ มีค่าเท่าใด (10 คะแนน)

7) ถังใบหนึ่งบรรจุน้ำไว้ที่ปริมาตรตั้งต้น 1000 m³ หากเริ่มป้อนสารละลายน้ำเกลือ ความเข้มข้น 10 kg/m³ เข้าถังอย่างต่อเนื่อง ด้วยอัตราการไหล 10 m³/min พร้อมๆ กับการระบายสารละลายในถัง ออกจากถังด้วยอัตราการไหล 9 m³/min ถ้าการผสมของสารละลายน้ำเกลือที่ป้อนเข้า และสารละลายน้ำเกลือในถังเป็นไปอย่างสมบูรณ์ ทำให้ความเข้มข้นของสารละลายน้ำเกลือที่ระบายออก มีค่าเดียวกันกับความเข้มข้นของสารละลายน้ำเกลือในถัง ความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของสารละลายน้ำเกลือที่ระบายออก (C) กับเวลา (t) มีค่าเป็นอย่างไร (20 คะแนน)

8) น้ำไหลเข้าหัวฉีด ซึ่งมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางทางเข้า 2 cm และขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางทางออก 0.5 cm ด้วยอัตราการไหล 2.5 m³/h โดยน้ำมีความหนาแน่น 976 kg/m³ และความดันบรรยากาศ 102 kPa

8.1 ถ้าหัวฉีดไม่มีความต้านทานต่อการไหล ความดันของน้ำทางเข้าหัวฉีด มีค่าเท่าใด (10 คะแนน)

8.2 ถ้าความดันของน้ำทางเข้าหัวฉีด มีค่า 850 kPa พลังงานที่สูญเสียจากความต้านทานต่อการไหลของหัวฉีด มีค่าเท่าใด (10 คะแนน)

9) เครื่องมือวัดอัตราการไหลชนิด Venturi ใช้วัดอัตราการไหลของน้ำ ที่อุณหภูมิ 200 ^oF มีสัดส่วนของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของคอคอด (D₂) และขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางทางเข้า (D₁) D₂/D₁ = 0.50 และ Coefficient of Discharge (C_v) = 0.60 โดยความดันของน้ำที่ทางเข้าของเครื่องวัด (จุดที่ 1) มีค่า 20 psig และที่อุณหภูมิ 200 ^oF น้ำมีความหนาแน่น 60.12 lbm/ft³ ความดันไอ 11.5 psia

9.1 ถ้าความดันน้ำที่คอคอด (จุดที่ 2) มีค่า 0 psig ความเร็วของน้ำที่จุดนี้ มีค่าเท่าใด (10 คะแนน)

9.2 เครื่องวัดอัตราการไหลนี้ สามารถวัดความเร็วของน้ำ ณ จุดที่ 2 ได้สูงสุดไม่เกินเท่าใด โดยไม่เกิดการเปลี่ยนวัฎภาคของน้ำจากของเหลวการเป็นไอภายในเครื่องวัด (10 คะแนน)

10) ถังรูปทรงกระบอก ใช้บรรจุน้ำมันความหนาแน่น 800 kg/m³ ทางตอนล่างของถัง ติดตั้งช่องระบายขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 29.3 cm ก่อนเริ่มระบายน้ำมันออก ระดับน้ำมันในถังสูงกว่าจุดศูนย์กลางของท่อนี้ 5.0 เมตร ขอให้ท่านคำนวณเวลาที่ใช้ในการระบายน้ำมัน ปริมาตร 100 m³ ออกจากถัง ภายใต้เงื่อนไขต่อไปนี้

10.1 ถังมีขนาดใหญ่มาก จนถือได้ว่าระดับน้ำมันมีค่าคงที่โดยตลอด (10 คะแนน)

10.2 ถังมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 8.0 m (10 คะแนน)