機械工程 109 年熱工學考古題

利用T-s 圖和P-v 圖繪出空氣標準狄賽爾循環（Air-Standard Diesel Cycle）， 說明組成此一循環的熱力過程，定義壓縮比（Compression Ratio, r）和停 熱比（Cutoff Ratio, rc），並推證以壓縮比、停熱比和空氣比熱比（Specific Heat Ratio, k）為函數的循環熱效率關係式。（25 分）

利用T-s 圖和系統示意圖呈現理想再生式朗肯循環（Ideal Regenerative Rankine Cycle），說明其循環熱效率等同於卡諾循環（Carnot Cycle）的循 環熱效率。針對實際應用，請說明何為開放式飼水加熱器（Open Feedwater Heater），再利用T-s 圖和系統示意圖說明如何利用開放式飼水加熱器建 構實際可運作的再生式朗肯循環。註：系統示意圖為熱力循環系統各組件 的關聯圖。（25 分）

考慮理想氣體經由一等壓膨脹過程，請分別針對密閉系統（Closed System） 和穩態穩流系統（Steady-State Steady-Flow System），於P-v 圖和T-s 圖 標出作功和傳熱面積，並推證此一過程的作功、傳熱和熵變（Entropy Change）。註：理想氣體常數、等壓比熱、等容比熱分別可表為R、Cpo、 Cvo；忽略動能及位能的變化。（25 分）

級聯冷凍系統（Cascade Refrigeration Systems）是由兩個冷凍循環組成， 將上循環的蒸發器和下循環的冷凝器結合成一個熱交換器，下循環的冷 凝器藉此排熱給上循環的蒸發器。請利用T-s 圖和系統示意圖說明級聯 冷凍系統，列出性能係數（Coefficient of Performance, COP）計算式，並 說明其COP 提高的原因。註：系統示意圖為冷凍循環系統各組件的關 聯圖。（25 分）