機械工程 107 年熱力學與熱傳學考古題
民國 107 年（2018）機械工程「熱力學與熱傳學」考試題目，共 6 題 | 資料來源：考選部
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有一活塞-汽缸裝置，在一開始時裡面有0.5 m3 的空氣，壓力為100 kPa，
溫度為90℃。接著經由活塞來壓縮空氣至0.08 m3，這個壓縮過程是一
個等溫過程。請計算這個過程所做的功是多少？（15 分）
空氣進入一個絕熱的噴嘴，其入口面積為90 cm2，壓力為400 kPa，溫
度為250℃，速度為32 m/s。離開噴嘴時壓力為101 kPa，速度為170 m/s。
假設空氣的R 為287 J/kg.K，n =
Cp
CV =1.4，請計算：（每小題5 分，共15
分）
經過噴嘴的質量流率
出口溫度
出口面積
考慮一個絕熱的空氣壓縮機，空氣進入壓縮機前其壓力為一大氣壓，溫
度為300K，速度為70 m/s。出口空氣的壓力為5 大氣壓力，540K，速
度為150 m/s。請計算壓縮機壓縮每一公斤空氣所需的實際功大小，又如
果壓縮過程是一可逆過程，則所需的功為何？其不可逆率（irreversibility）
為何？空氣的氣體常數為287 J/kg.K，一大氣壓為1.01×105 Pa。（20 分）
考慮一車子擋風玻璃，如下圖所示。其厚度為5 mm 且熱傳導係數為
1.4 W/mK，玻璃上的溫度為0℃。外面的空氣溫度為-10℃，對流係數
為200 W/m2K。而車內部的溫度為25℃。請計算內部的對流係數值為多
少？（15 分）
考慮一水平放置的金屬板，如下圖所示，金屬板之熱傳導係數為237 W/mK。
板子的上方是冷水，溫度為20℃，冷水的熱傳導係數為0.631 W/mK。
板子上下表面溫度為60℃和120℃。請計算冷水的對流熱傳係數（10 分）
以及上表面的水的溫度梯度為多少？（10 分）
請試述下列名詞之意涵：（每小題5 分，共15 分）
雷諾相似律（Reynolds analogy）
紐森數（Nusselt number）
接觸熱阻
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