機械工程 103 年熱工學考古題

卡諾循環（Carnot cycle）為理想之可逆（reversible）熱力循環，試回答下列問題： 何謂卡諾熱機（Carnot heat engine）？請搭配T-S 圖說明之。（15 分） 有一卡諾熱機在1000 K 的高溫熱儲（reservoir）及300 K 的低溫熱儲間運作。當 提供800 min kJ 之熱傳功率給此熱機時，則熱效率（%）及輸出功率（kW）分 別為多少？（10 分）

一冷凍機採用水冷式冷凝器排放廢熱，該系統從-10℃處以25,000 kJ/h 速率吸收 熱，工作流體（比熱為4.2 kJ/kg℃）以14C 與0.8 kg/s 質量流率進入冷凝器。預 估該冷凍機COP 值為2.0，請決定： 該冷凍機需輸入功率， 以kW 表示；（10 分） 工作 流體離開冷凝器之溫度（℃）；（10 分）  該冷凍機最大可能之COP 值。（5 分）

蒸汽動力廠應用朗肯循環（Rankine cycle）提供輸出功來進行發電，試回答下列問題： 請繪出朗肯循環之T-S 圖，並說明循環的所有過程。（10 分） 提高朗肯循環之熱效率可降低燃料的需求。請說明提高朗肯循環效率之三種方式， 並以T-S 圖解釋效率提高的原因。（15 分）

一理想朗肯循環（Ideal Rankine Cycle）以水為工作流體。其鍋爐與冷凝器之操作溫 度分別為310℃與50℃，該循環蒸汽進入渦輪機為飽和狀態，請計算：  渦輪機產生之功；（15 分）  循環熱效率。（10 分） Saturated water-Temperature table Specific volume. m3/kg Internal energy. kJ/kg Enthalpy. kJ/kg Entropy. kJ/kg．K Sat. Sat. Sat. Sat. Sat. Sat. Sat. Sat. Sat. Temp., T℃ press., liquid, vapor, liquid, Evap., vapor, liquid, Evap., vapor, liquid, Evap., vapor, Psat kPa vf vg uf ufg ug hf hfg hg sf sfg sg 50 12.352 0.001012 12.026 209.33 2233.4 2442.7 209.34 2382.0 2591.3 0.7038 7.3710 8.0748 55 15.763 0.001015 9.5639 230.24 2219.1 2449.3 230.26 2369.8 2600.1 0.7680 7.2218 7.9898 60 19.947 0.001017 7.6670 251.16 2204.7 2455.9 251.18 2357.7 2608.8 0.8313 7.0769 7.9082 305 9209.4 0.001425 0.019932 1360.0 1195.9 2555.8 1373.1 1366.3 2739.4 3.3024 2.3633 5.6657 310 9865.0 0.001447 0.018333 1387.7 1159.3 2547.1 1402.0 1325.9 2727.9 3.3506 2.2737 5.6243 315 10,556 0.001472 0.016849 1416.1 1121.1 2537.2 1431.6 1283.4 2715.0 3.3994 2.1821 5.5816 320 11,284 0.001499 0.015470 1445.1 1080.9 2526.0 1462.0 1238.5 2700.6 3.4491 2.0881 5.5372 325 12,051 0.001528 0.014183 1475.0 1038.5 2513.4 1493.4 1191.0 2684.3 3.4998 1.9911 5.4908 1 0 3 年公務人員特種考試警察人員考試 103年公務人員特種考試一般警察人員考試 103年特種考試交通事業鐵路人員考試試題 全一張 （背面）

火花點火引擎使用的基本原理稱為鄂圖循環（Otto cycle），其由活塞壓縮、火星塞 點火燃燒、活塞膨脹、廢熱排出等四個過程所組成。某汽車的動力系統是使用一壓 縮比為8 的鄂圖循環汽油引擎，其壓縮過程入口的空氣壓力為95 kPa，溫度為300 K， 而在點火燃燒過程中有750 kg kJ 的熱進入空氣中。考慮比熱為常數，回答下列問題： 何謂空氣標準假設（Air standard assumptions）？（5 分） 請繪出鄂圖循環之P-V 圖，並搭配圖說明循環中各個理想過程。（10 分） 使用空氣標準假設，試求出此汽油引擎在加熱過程結束後的溫度（K）及循環之 熱效率（%）。（10 分） [空氣性質：氣體常數R = 0.287 K kg kJ ⋅ ，等壓比熱Cp = 1.005 K kg kJ ⋅ ，等容比 熱Cv = 0.718 K kg kJ ⋅ ] 103年公務人員特種考試外交領事人員 及外交行政人員、國際經濟商務人員、 民航人員及原住民族考試試題 考 試 別：原住民族特考 類 科 組：機械工程 全一張 （背面）

下圖為一加有回熱器（Regenerator）之燃氣渦輪機循環，空氣以100 kPa 及27℃狀 態進入壓縮機，該壓縮機之壓力比為10。整個循環最高溫度為927℃，冷卻空氣流 出回熱器溫度較熱空氣於回熱器入口溫度低10C。壓縮機與渦輪機均為等熵，該循 環產生400 kW 功率，請決定： 空氣之質量流率； （9 分）  系統加熱量，以kW 表示；（8 分）  系統排熱量，以kW 表示。（8 分） 假設空氣定壓比熱cp 與定容比熱cv 為定值：cp = 1.005 kJ/kgK，k=cp/cv=1.4。

卡諾循環（Carnot cycle）為理想之熱力循環，考慮如下P-V 圖中的ABCDA 卡諾循 環，假設 1 2 2T T = ， A C 8V V = ，採用1000 mol 的理想氣體作為工作流體，試求循環 的總功 cycle W 及熱效率η。（25 分） 提示： DA CD BC AB cycle W W W W W + + + = P V O A B C D T1 T2 VA VD VB VC

一理想狄則耳循環（Ideal Diesel Cycle）之壓縮比（Compression Ratio）為18，其停 氣比（Cutoff Ratio）為1.2。空氣於壓縮初始狀態為100 kPa, 17℃，請決定： 循環中空氣 （10 分）  當系統輸出功率為300 kW 時，該循環所需輸入熱量，以kW 表示。（15 分） 註：空氣氣體常數為0.287 kPam3/kgK，定壓比熱與定容比熱可視為常數，其值分 別為cp = 1.005 kJ/kgK 與cv = 0.718 kJ/kgK，k= cp /cv=1.4。 Turbine Compressor ⑤ ④ ③ Comb. Heat exchanger ⑥ ② ①