機械工程 113 年熱工學考古題

一卡諾循環熱機在527℃之熱源與27℃之低溫環境間運轉，熱以 7200 MJ/hr 穩定供給熱機系統。 請問此系統熱效率應為多少？（15 分） 請計算此系統最大可能的輸出功率（MW）。（10 分）

假設一250 MW 火力發電廠以理想式朗肯循環運作（Ideal Rankine Cycle）， 蒸汽渦輪機入口狀態為25 MPa 及600℃；冷凝器操作壓力為20 kPa。該 化石燃料熱值為30 MJ/kg，這個能量80%有效傳遞進入鍋爐產生蒸汽；發 電系統之發電機效率為95%。請計算： 該朗肯循環之熱效率。（15 分） 發電廠之總效率（淨電力輸出與燃料熱值輸入之能量比）。（5 分） 燃料供應需求率（使用tons/hour 單位）。（5 分）

一空氣標準狄則耳循環（Diesel Cycle），其空氣壓縮比為20，停氣比（cutoff ratio）為2.5。壓縮過程開始時，空氣狀態：120 kPa，溫度37℃。空氣性 質：定壓比熱cp = 1.005 kJ/kg·K，定容比熱cv = 0.718 kJ/kg·K，氣體常數 R = 0.287 kJ/kg·K。請計算： 加熱過程後的溫度。（10 分） 熱效率。（10 分） 平均有效壓力（mean effective pressure）。（5 分）

一燃氣渦輪機發電廠以布雷頓循環（Brayton Cycle）運行，空氣為工作流 體，可提供40 MW 電力，循環中的最低和最高溫度分別為350 和1000 K， 壓縮機出口空氣壓力是入口處壓力12 倍，壓縮機等熵效率為88%，渦輪 機的等熵效率為90%。空氣性質：定壓比熱cp = 1.005 kJ/kg·K，定容比熱 cv = 0.718 kJ/kg·K。請計算： 渦輪機輸出功（kJ/kg）。（10 分） 壓縮機輸入功（kJ/kg）。（10 分） 通過循環的空氣質量流率。（5 分）