機械工程 112 年熱力學考古題

將溫度為500 K，質量為50 kg 之鐵塊，丟入水溫維持在285 K 之大水 槽中進行冷卻。由於鐵塊質量遠小於大水槽內水之質量，故鐵塊最後被 冷卻至大水槽水溫度。假設此冷卻過程鐵塊之平均比熱為0.45 kJ/kg K， 試求：（每小題5 分，共20 分） ㈠鐵塊熵值變化。 ㈡水槽中水之熵值變化。 ㈢此冷卻過程總熵值變化。 ㈣此過程是否可發生？

有一房間在冬天時需維持室內為20℃，但有12 kW 之熱量傳至溫度為 0℃之環境。使用熱汞（heat pump）及電熱器作為暖氣。熱汞所需之功率 為2.5 kW，性能係數（coefficient of performance, COP）為卡諾循環（Carnot cycle）之四分之一。試求熱汞之實際COP、電熱器之功率以及整個過程 之可用能破壞率（rate of exergy destruction）。（20 分）

㈠一般燃煤電廠最高操作溫度約為600℃，而燃氣電廠氣渦輪機最高溫 度為1400 K，以熱機效率而言，是否需以燃氣電廠氣取代燃煤電廠？ 說明你的看法。（5 分） ㈡燃氣輪機回收廢熱有何限制？試以T-S 圖解釋之。（5 分） ㈢說明如何由布雷登循環（Brayton cycle）逼近愛立信循環（Ericsson cycle），並證明Ericsson cycle 之熱效率與卡諾循環（Carnot cycle）相 同。（10 分）

㈠把狀態為溫度35°C，濕度40%之大氣經歷一過程使其溫度降為25°C， 絕對濕度為0.015。試問此過程需加濕或除濕？（10 分） ㈡第二狀態之相對濕度為何？（5 分） ㈢將此過程表示於水蒸汽之T-s 圖及濕度圖（psychrometricchart）上。（5 分） 給予數據：大氣壓力為101.325 kPa。25°C 水之飽和壓力為3.169 kPa。 35°C 水之飽和壓力為5.628 kPa。

㈠請求出乙醇（C2H5OH）之理論莫耳及質量空氣燃油比。（10 分） ㈡請求出質量比為85%乙醇（C2H5OH）及15%汽油（C8H18）之理論莫 耳及質量空氣燃油比。（10 分）