化學工程 95 年高等化工熱力學考古題

一穩態流壓縮機（steady-flow compressor）每小時將50 仟莫耳（kmol）的空氣由1.2 bar 壓縮到6.0 bar，提供機械功率（mechanical power）98.8 kW，入口空氣溫度與速 度分別為300 K 和10 m/s；出口空氣溫度與速度分別為520 K 和3.5 m/s。試計算由 壓縮機的熱傳遞速率（rate of heat transfer from compressor）。假設空氣的焓（H, enthalpy）不是壓力的函數，空氣的Cp＝（7/2）R，其中R 是Universal Gas Constant ＝8.314 J/mol•K。（16 分）

15°C 的空氣由一絕熱噴嘴以580 m/s 速度排出（discharge），假如入口速度可以忽 略，試計算噴嘴入口的溫度？假設空氣是理想氣體，Cp=（7/2）R。（14 分）

100 kPa 的飽和蒸汽（飽和溫度為99.63°C）經絕熱壓縮到300 kPa。假如壓縮效率 為0.75，試計算所需要的功與排出氣流（discharge stream）的溫度（以°C 表示）和 熵（S, entropy）。（42 分） 飽和蒸汽（Saturated Steam, SI units）的數據茲提供參考如下： 溫度（°C） H（飽和蒸汽, kJ/kg） S（飽和蒸汽, kJ/kg•K） 99 2674.4 7.3675 100 2676.0 7.3554 過飽和蒸汽（Superheated Steam, SI units）的數據茲提供參考如下： 溫度 （°C） 飽 和 蒸 汽 150 175 200 225 250 300 350 400 U 2543.0 2570.3 2610.8 2650.6 2689.9 2729.0 2807.1 2885.8 2965.8 H 2724.7 2760.4 2813.5 2865.5 2916.9 2967.9 3069.7 3171.9 3275.2 300kPa （133.54°C） S 6.9909 7.0771 7.1990 7.3119 7.4177 7.5176 7.7034 7.8744 8.0338 U: kJ/kg; H: kJ/kg; S: kJ/kg•K

一個蒸汽渦輪機（steam turbine）以3500 kW 功率進行絕熱操作。蒸汽以2400 kPa 與500°C 的狀態進入渦輪機，然後以20 kPa 的飽和蒸汽自出口排出。試計算通過渦 輪機的蒸汽質量速率、品質（quality）、以及渦輪機的效率。入口蒸汽性質為H＝ 3462.9 kJ/kg, S＝7.3439 kJ/kg•K；出口蒸汽性質為H＝2609.9 kJ/kg。Sliq＝0.8321 kJ/kg•K, Svap＝7.9094 kJ/kg•K, Hliq＝251.453 kJ/kg, Hvap＝2609.9 kJ/kg。（28 分）