機械工程 104 年熱工學考古題

固定體積之容器內充滿50℃之理想氣體，經由攪拌器以200 kJ 的功輸入而加以攪拌 氣體。由於此系統與25℃的外界在攪拌過程中，發生熱傳而致使理想氣體仍維持等 溫。試求：理想氣體的熵（entropy）變化？外界的熵變化？此過程是否滿足熵增加 原理？（20 分）

試繪出鄂圖循環（Otto Cycle）的P-v 圖及T-s 圖，並說明各個過程。（10 分） 試繪出狄賽爾循環（Diesel Cycle）的P-v 圖及T-s 圖，並說明各個過程。（10 分） 在壓縮比和加熱量相等的情況下，請以T-s 圖說明鄂圖循環（Otto Cycle）與狄賽 爾循環（Diesel Cycle），何者的熱效率較高並說明原因。（5 分）

比較汽油引擎（SI engine）與柴油引擎（CI engine）之差異： 兩種引擎之理想循環各為何？畫出兩者之壓力-比容（P-v）圖，並試述其各程序。 （10 分） 說明兩者的點火方式有何不同？（5 分） 其燃料有何不同？為什麼？（5 分） 此兩種引擎燃燒過程中，壓力變化範圍有何不同？試說明之。（5 分）

空氣的初始狀態為140 kPa，17℃，以速度70 m/s 進入一絕熱壓縮機，經過壓縮 後，以420 kPa，147℃及速度110 m/s 流出壓縮機。假設大氣壓力為100 kPa，溫度 為15℃，試求：不可逆性（irreversibility）？實際所需壓縮功？可逆絕熱功？可逆 功（reversible work）？絕熱效率？第二定律效率？（20 分） （Given data：空氣等壓比熱=1.004 kJ/kgK，比熱比=1.4）

考量一穩態下真實燃氣渦輪機（Gas Turbine）的入口空氣壓力與溫度分別為0.1 MPa 和15℃，出口空氣壓力為1.0 MPa，最高溫度為1100℃。假設壓縮機（Compressor） 的效率為80%，渦輪機（Turbine）的效率為85%，在壓縮機與渦輪機之間有15 kPa 的壓降。若氣體可視為理想氣體，其等壓比熱（Specific Heat，Cp）為1.004 kJ/kg-K， 比熱比k 為1.4。 繪出理想與真實燃氣渦輪機的T-s 圖。（5 分） 計算壓縮器之輸入功（kJ/kg）。（5 分） 計算渦輪機之輸出功（kJ/kg）。（5 分） 計算真實燃氣渦輪機的效率。（10 分）

對於一個以簡單理想郎肯循環（Simple Ideal Rankine cycle）運作的火力發電廠： 請畫出其溫度-熵（T-s）循環曲線圖，並說明各程序。（10 分） 以溫度-熵（T-s）圖說明如何提升其熱效率。（15 分）

1 kg 之空氣由（壓力，溫度）= (p1，T1) = (100 kPa，25℃)絕熱地壓縮至（壓力，體 積）= (p2，V2)，然後等壓地膨脹至（壓力，體積）= (p3，V3)，最後以V3 等容地降 壓至（壓力，體積）= (p1，V1)。若V3/V2 = 4，且所有過程皆可假設為準平衡過程 （quasi-equilibrium process），試求此循環之：最高溫度及壓力？淨熱傳量？淨功量？ 循環之熱效率？（20 分） （Given data：空氣等壓比熱=1.004 kJ/kgK，比熱比=1.4）

有一壓縮比為20 的空氣標準狄賽爾循環（Air-Standard Diesel Cycle），於等壓過 程中的熱傳量為1800 kJ/kg，壓縮過程之初，內部空氣溫度與壓力分別為15℃和 0.1 MPa。空氣的等容比熱為0.707 kJ/kg-K，等壓比熱為1.004 kJ/kg-K，氣體常數 R 為0.287 kJ/kg-K。試計算： 在循環過程中各點的溫度與壓力。（10 分） 此循環的熱效率。（10 分） 平均有效壓力（kPa）。（5 分） 104年公務人員特種考試警察人員、一般警察人員考試及104年 特種考試交通事業鐵路人員、退除役軍人轉任公務人員考試試題 代號：70740 全一張 （背面） 類 科 別： 機械工程

在一個活塞-汽缸系統內有kg 1 的氦氣，原體積為 3 m 6 ，在 kPa 300 之等壓力下壓縮 為 3 m 3 。氦氣之理想氣體常數 K kJ/kg 2.0769 R ⋅ = 。請問： 氦氣原來之溫度及壓縮後之溫度分別為何？（15 分） 此壓縮過程所作之功若干？（10 分）

請繪出理想的Atkinson cycle 及Miller cycle 之p-v 及T-s 圖，並指出其與Otto cycle 之差異。（20 分）

一標準蒸氣壓縮循環（Standard Vapor-Compression Cycle）使用R-22 冷媒，其冷凍能 力（Refrigerating Capacity）為50 kW。冷凝溫度與蒸發溫度分別為35℃與-10℃。試 計算： 其冷凍效果（Refrigerating Effect，kJ/kg）。（10 分） 冷媒流量（kg/s）。（5 分） 壓縮機輸入功率（kW）。（5 分） 性能係數（Coefficient of Performance，C.O.P.）。（5 分）。 R-22 冷媒飽和液態與氣態性質表 Enthalpy （kJ/kg） Entropy （kJ/kg-K） t （°C） P （kPa） fh gh fs gs -12 329.89 186.147 400.759 0.94862 1.77039 -10 354.30 188.426 401.555 0.95725 1.76713 -9 367.01 189.571 401.949 0.96155 1.76553 34 1321.0 241.814 415.420 1.14181 1.70701 35 1354.8 243.114 415.627 1.14594 1.70576 36 1389.2 244.418 415.828 1.15007 1.70450 R-22 冷媒過熱氣態性質表 t （°C） v h s v h s （L/kg） （kJ/kg） （kJ/kg-K） （L/kg） （kJ/kg） （kJ/kg-K） Saturation Temp.，34 °C Saturation Temp.，36 °C 40 18.4675 420.792 1.7243 17.2953 419.483 1.7162 45 19.0526 425.174 1.7382 17.8708 423.961 1.7304 50 19.6178 429.487 1.7517 18.4247 428.358 1.7442 55 20.1660 433.747 1.7647 18.9603 432.690 1.7575 60 20.6994 437.963 1.7775 19.4802 436.970 1.7704 65 21.2199 442.143 1.7899 19.9865 441.207 1.7830

某一冷凍機以R-134a 為工作流體（參考數據如下表），並以理想蒸汽壓縮循環（ideal vapor compression cycle）在 MPa 0.14 及 MPa 0.7 的壓力間運作，其冷凍庫的熱移除率 為 kW

在單級蒸氣壓縮式冷凍循環，如何獲得兩個不同的低溫環境？請繪出其T-s 及 p-h diagram，並說明吸收式冷凍循環與蒸氣壓縮式冷凍循環之差異。（20 分）

。 請將此循環之各程序繪於T-s 圖上。（10 分） 請算出其膨脹過程後之冷媒乾度（refrigerant quality）。（5 分） 此循環之冷媒流量為何？（5 分） 此冷凍機之COP 為何？（5 分） Superheated R-134a, at pressure MPa 0.7 P = T (℃) v (m3/kg) u (kJ/kg) h (kJ/kg) s (kJ/kg·K) 26.69 (Sat.) 0.029361 244.48 265.03 0.9199 30 0.029966 247.48 268.45 0.9313 40 0.031696 256.39 278.57 0.9641 Saturated Refrigerant 134a pressure Saturation temperature Specific volume (m3/kg) Specific Enthalpy (kJ/kg) Specific Entropy (kJ/kg·K) P (kPa) sat T (℃) f v g v f h g h fs g s 140 -18.77 0.0007383 0.14014 27.08 239.16 0.11087 0.94456 700 26.69 0.0008331 0.02936 88.82 265.03 0.3323 0.91994