機械工程 104 年熱力學考古題

KST 公司為特殊氣體生產商，目前積極研發非溫度敏感氣體。所謂「非溫度敏感」 的測試標準，就是當溫度自27℃提升至29℃時，其壓力的變化量必須小於0.3 kPa。 已知，某氣體的特性與理想氣體相同，且其比容（specific volume）在27℃與29℃時 分別為0.88 m3/kg與0.89 m3/kg，氣體常數為287 Pa · m3/kg · K。請問該氣體是否可通 過此測試標準？（20 分）

MTD 工業中心為測試其新開發、代號為Q 氣體之熱力學多變過程（polytropic process） 特性，使用一個封閉式圓柱型活塞進行實驗。已知活塞內有一公斤Q 氣體（氣體常 數為211 Pa·m3/kg · K，Tcr = 20℃，Pcr = 8 MPa），其壓力與溫度分別為1.2 MPa 與 220℃。當Q 氣體被視為理想氣體，且其壓力被提升2.5 倍時，溫度則升高至360℃。 請問，當Q 氣體被視為范德華（van der walls）氣體，而活塞內壓力自1.2 MPa 被提 升至2 MPa 時，其最終溫度為何？（20 分）

XPJ 公司K-type 噴射引擎（jet engine）的擴散器（diffuser）之設計，讓擴散器出口 排出時之氣體速度僅為進入擴散器時之氣體速度的萬分之一。已知，氣體進入擴散 器時之溫度為7℃，壓力為100 kPa，時速為720 km，焓（enthalpy）值為270 kJ/kg； 而擴散器的截面積為0.5 m2，氣體常數則為287 Pa·m3/kg · K，且此系統之能量流失率 為500 kJ/s。請問，擴散器出口排出氣體之焓（enthalpy）值為何？（20 分）

TPE 燃氣渦輪機發電站以理想布累登（Brayton）循環（圖1）進行運作，其壓力比 為8。已知①與③的焓（enthalpy）值分別為300 kJ/kg 與1400 kJ/kg，該循環的返回 工作比（back work ratio）與熱效率（thermal efficiency）則分別為40%與45%。請問， ②的焓值為何？（20 分） 500 T, K S ① ② ③ ④ 圖1 104年特種考試地方政府公務人員考試試題 等 別： 三等考試 類 科： 機械工程 科 目： 熱力學

ADF 研究單位為證明將混合氣體進行分離的困難程度，遂設計以下實驗。將4 kmol 的A 氣體與6 kmol 的B 氣體分別注入一個中間以隔板分隔之球狀絕熱容器的兩邊 （圖2）。實驗開始後，便將中間隔板抽離，讓兩種氣體進行混合。已知A、B 兩種 氣體特性均與理想氣體相同，氣體常數為8.314 kJ/kmol·K。請問，當僅考慮能量問 題時，欲反轉此氣體混合過程（使混合氣體回復原分離狀態），需輸入之能量為何？ （20 分） 圖2 A 氣體 27℃ 300 kPa B 氣體 27℃ 300 kPa 隔板

㈠說明卡諾循環（熱機）及逆卡諾循環（冷凍機）以水蒸汽及R134a 冷媒為工作流 體時遭遇之困難。（10 分） ㈡如何移除或改善㈠中熱機及冷凍機遭遇之困難？（10 分）