機械工程 102 年熱力學考古題

於1.0 MPa、300ºC 下水蒸氣以150 m/s 進入一絕熱噴嘴，該水蒸氣離開噴嘴時壓力 為0.2 MPa，速度為750 m/s。請問出口水蒸氣溫度為何？（15 分） Superheated water for P=1.0 MPa (179.91°C) Superheated water for P=0.2 MPa (120.23°C) T, °C v, m3/kg u, kJ/kg h, kJ/kg s, kJ/kg⋅K T, °C v, m3/kg u, kJ/kg h, kJ/kg s, kJ/kg⋅K Sat. 0.19444 2583.6 2778.1 6.5865 Sat. 0.8857 2529.5 2706.7 7.1272 200 0.2060 2621.9 2827.9 6.6940 150 0.9596 2576.9 2768.8 7.2795 250 0.2327 2709.9 2942.6 6.9247 200 1.0803 2654.4 2870.5 7.5066 300 0.2579 2793.2 3051.2 7.1229 250 1.1988 2731.2 2971.0 7.7086 350 0.2825 2875.2 3157.7 7.3011 300 1.3162 2808.6 3071.8 7.8926 400 0.3066 2957.3 3263.9 7.4651 400 1.5493 2966.7 3276.6 8.2218

空氣以100 kPa、27ºC 狀態進入一800-W 的吹風機，離開時為52ºC。吹風機可假設 為平行管道（duct），並嵌入一電阻發熱器，管中有一小風扇將風吸入管道，空氣 於經過電阻發熱器時被加熱。管道出口截面積為60 cm2，忽略風扇所消耗功率與壁 面之熱損失。請計算： ㈠空氣進口之體積流率（volume flow rate）。（10 分） ㈡空氣出口速度。（10 分） 註：空氣之氣體常數（gas constant）為0.287 kPa⋅m3/kg⋅K。空氣於室溫之定壓比熱 （constant pressure specific heat）cp=1.005 kJ/kg⋅K。

5 kg空氣於汽缸活塞系統中由100 kPa、27ºC 壓縮至1 MPa，過程為可逆等溫（reversible isothermal）。請決定： ㈠系統中空氣熵之總變化量為何？（10 分） ㈡系統之功的總量為何？請標明為輸入或輸出。（10 分） 註：空氣之氣體常數為0.287 kPa⋅m3/kg⋅K。

考慮一使用氦氣（Helium）為工作流體之標準布雷登循環（Brayton cycle），系統 壓縮機入口氣體壓力為90 kPa，氣體壓縮比為16，系統最高與最低溫度分別為 827ºC 及17ºC。若氦氣質量流率為10 kg/s，試求此循環之： ㈠熱輸入量（kJ/kg）。（10 分） ㈡最大輸出功率（MW）。（10 分） ㈢系統熱效率（%）。（5 分） 註：氦氣之氣體常數為2.0769 kJ/kg⋅K，定壓比熱與定容比熱可視為常數，其值分 別為5.1926 kJ/kg⋅K 與3.1156 kJ/kg⋅K。 102年特種考試地方政府公務人員考試試題 類 科： 機械工程

一卡諾熱泵浦（Carnot heat pump）之COP 為7.5，該熱泵浦消耗5.6 kW 之功率以 維持空間於24ºC。請決定： ㈠該熱泵浦自何溫度吸收熱量（ºC）？（10 分） ㈡該熱泵浦之熱負荷。（10 分）