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

兩個容積為 3 2.0 m 的容器A 與B，其間以一閥門連接。在容器B 被排空後，容器A 充填 C ° 25 的冷媒R-134a，其汽體與液體各占總容積的 % 90 與 % 10 。將閥門打開， 使容器A 的飽和汽流至容器B，直到兩個容器的壓力相同，再將閥門關閉。假設此 過程進行時，溫度一直維持在 C ° 25 ，試求容器A 內之冷媒的乾度改變量。（12 分） 乾度定義為飽和液汽混合物中，飽和汽所占的質量百分比。 溫度C ° 比容（Specific volume） kg m / 3 飽和液（Saturated liquid） 飽和汽（Saturated vapor） 25 0.000829 0.03098

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： 空氣進口之體積流率（volume flow rate）。（10 分） 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。

空氣與水分別為理想氣體（Ideal gas）與不可壓縮流體（Incompressible fluid），已知 的常數為：空氣的等壓比熱 ) ( 0038 1 K kg kJ/ . Cp ⋅ = 、等容比熱 ) ( 717 0 K kg kJ/ . Cv ⋅ = 與 密度

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： 系統中空氣熵之總變化量為何？（10 分） 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。

169 1 kg/m . ρ = ；水的等壓比熱 ) ( 18

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： 熱輸入量（kJ/kg）。（10 分） 最大輸出功率（MW）。（10 分） 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 全一張 （背面）

K kg kJ/ . Cpw ⋅ = 。 容積為 3

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： 該熱泵浦自何溫度吸收熱量（ºC）？（10 分） 該熱泵浦之熱負荷。（10 分）

0 m . 的容器內含 kg 2 空氣，其初始壓力（Initial pressure）為 kPa 150 。試 求當空氣被等容加熱到壓力為MPa 1 時，其焓（Enthalpy）的變化量（14 分）與 熱傳量。（14 分） 考慮一穩流過程（Steady-flow process）：溫度 C ° 20 的空氣以 m/s 10 的速度進入正 面面積（Frontal area）為 2 25 0 m . 車用散熱器（Car radiator），質量流率為kg/s 1 的 液態水由 C ° 98 被冷卻到 C ° 80 。若散熱器與外界的熱傳及動能與位能的改變量可 忽略不計，試求散熱器出口的空氣溫度。（12 分） 三、飽和汽在壓力 kPa 800 進入蒸汽渦輪機（Steam turbine），且在壓力 kPa 60 離開蒸汽 渦輪機。若渦輪機具 % 90 的絕熱效率（Adiabatic efficiency），試求每單位質量蒸 汽的輸出功；（14 分）請說明如何判定排出的蒸汽是否為過熱蒸汽。（14 分） 壓力kPa 比焓（Specific enthalpy） kg kJ / 比熵（Specific entropy） ) /( K kg kJ ⋅ 飽和液 飽和汽 飽和液 飽和汽 50 340.47 2645.87 1.0910 7.5939 75 384.36 2662.96 1.2129 7.4563 800 721.10 2769.13 2.0461 6.6627 102年公務人員高等考試三級考試試題 代號： 類 科： 機械工程、汽車工程 全一張 （背面） 35620 35820 四、循環 1 4 3 2 1 → → → → 為一標準空氣狄塞爾循環（Air-standard Diesel cycle），其壓 縮比（Compression ratio）與截斷比（Cutoff ratio）分別為15 與2。假設空氣遵循理 想氣體（Ideal gas ）行為，且其等壓比熱 ) ( 0038 1 K kg kJ/ . Cp ⋅ = 與等容比熱 ) ( 717 0 K kg kJ/ . Cv ⋅ = 為已知之常數，試求當壓縮行程的初始條件為溫度 K T 294 1 = 與壓力 kPa . P 35 101 1 = 時，其循環的熱效率。（20 分）