機械工程 101 年熱力學考古題

㈠將1 kg、200℃的水從飽和液（Saturated liquid）等溫蒸發至飽和汽（Saturated vapor） 所需的能量，與將1 kg、100℃的水從飽和液等溫蒸發至飽和汽所需的能量，何者 較大？或相等？請說明原因。（5 分） ㈡將1 kg、200℃的水從飽和液等溫蒸發至乾度（Quality）為0.6 時，與將1 kg、100℃ 的水從飽和液等溫蒸發至乾度同為0.6 時，系統內的飽和汽質量何者較多？或相 等？請說明原因。（5 分）

一個活塞-氣缸組合（Piston-cylinder assembly）剛開始時內部裝有0.5 m3的空氣，且 壓力與溫度分別為200 kPa與100℃。若一邊壓縮氣缸一邊散熱，致使氣缸在等溫之 下被壓縮，過程中輸入的功為80 kJ。若假設空氣為理想氣體，試求：（每小題10 分，共30 分） ㈠過程終了時空氣體積V。（單位取m3） ㈡過程終了時空氣壓力P。（單位取kPa） ㈢過程中輸入所散出的熱。（單位取kJ） 註：理想氣體方程式：PV = mRT，m是空氣質量，R是氣體常數，T是空氣溫度。 封閉系統體積膨脹或壓縮功的計算式：Wb = 。 ∫PdV

一卡諾熱機（Carnot engine）自1000℃的熱源以600 kJ/min 的熱傳率吸收熱量，並 排出廢熱至25℃的大氣中。若此卡諾熱機的輸出功率全部用於驅動一部冰箱，該冰 箱能把熱量從−5℃的冰箱冷藏室帶走，並排熱至相同的25℃的大氣中。試求：（每 小題10 分，共20 分） ㈠從冰箱冷藏室帶走的熱傳率最大值為何？（單位取kJ/min） ㈡排熱至大氣的總熱傳率最大值為何？（單位取kJ/min）

某人利用一溫度探針插入流速為280 m/s 的空氣流道內，而量得溫度讀值為66℃， 試估計：（每小題10 分，共20 分） ㈠空氣的真實溫度為何？（單位取℃） ㈡流道內空氣的馬赫數（Mach number）為何？ 註：停滯焓定義： 2 2 u h ho + = ，u 為空氣流速。 空氣等壓比熱Cp = 1.005 kJ/(kg·K)，氣體常數R = 0.287 kJ/(kg·K)。 假設空氣為理想氣體；流道為絕熱；且過程中忽略位能變化。 101年特種考試地方政府公務人員考試試題 類 科： 機械工程

某氣體可以視為理想氣體，被裝於某封閉系統（Closed system）內，起始狀態（狀 態1）為300 kPa、25℃。若該系統經歷一動力循環（Power cycle）乃由下方三個內 可逆過程所構成，試求：（每小題10 分，共20 分） ㈠每一過程中單位質量的熱傳量為何？（單位取kJ/kg） ㈡若此循環之熱效率定義為循環淨輸出功與過程1-2 之吸熱量之比值，試求其熱效率。 過程1-2：在300 kPa 下，自狀態1 開始經等壓膨脹（Constant-pressure expansion） 過程，溫度從25℃增加至150℃。 過程2-3：經等容冷卻（Constant-volume cooling）過程，溫度降至25℃。 過程3-1：經等溫壓縮（Isothermal compression）過程，壓力變至300 kPa。 註：令氣體之等容比熱Cv = 3.31 kJ/(kg·K)，氣體常數R = 2.14 kJ/(kg·K)。