機械工程 114 年熱力學考古題

如圖所示，具阻塊的活塞－汽缸裝置內裝滿300 kPa、250℃的過熱蒸氣， 將過熱蒸汽在定壓下冷卻至飽和蒸氣且活塞停在阻塊上。之後，水持續冷 卻直到壓力為100 kPa，試求： ㈠初始狀態的內能（kJ/kg）。（5 分） ㈡最後狀態的比容（m3/kg）。（5 分） ㈢初始與最後狀態每單位質量的內能變化量（kJ/kg）。（10 分） 表、飽和蒸氣表 表、過熱蒸氣表 水 300 kPa 250℃ Q vf vg uf ufg ug

如圖所示，質量為1 kg 的二氧化碳被裝於一彈簧承載的活塞－汽缸裝置 內，若此系統被加熱，其溫度與壓力從25℃、100 kPa 變成300℃、1000 kPa。 試求： ㈠加熱結束後的體積（m3）。（5 分） ㈡在此過程中所產生的功（kJ）。（5 分） ㈢在此過程中所產生的熱傳量（kJ）。（10 分） 註：二氧化碳R = 0.1889 kJ/kg K, Cv = 0.657 kJ/kg K

一個裝有45 kg、95℃液態水的容器被放置於一個90 m3、初始溫度12℃ 的房間。一段時間後經由熱傳遞達到熱平衡，假設房間密封良好且絕熱。 試求：（每小題10 分，共30 分） ㈠最後的平衡溫度（℃）。 ㈡水傳遞給房內空氣的熱傳量（kJ）。 ㈢熵產生量（kJ/K）。 註：假設空氣壓力P = 101.3 kPa，且R = 0.287 kPa·m3/kg K, Cp = 1.005 kJ/kg K, Cv = 0.718 kJ/kg K 水比熱Cw = 4.18 kJ/kg K 房間 90 m3 12℃ 水 45 kg 95℃ 二氧化碳 彈簧

空氣標準之奧圖循環壓縮比為9.5。在等熵壓縮過程開始前，空氣的狀態是 100 kPa、35℃和600 cm3。在等熵膨脹過程結束後，空氣的溫度是800 K。 利用室溫的比熱值，試求：（每小題6 分，共30 分） ㈠循環的最高溫度（℃）。 ㈡循環的最高壓力（kPa）。 ㈢輸入熱量（kJ）。 ㈣熱效率。 ㈤平均有效壓力（kPa）。 註：空氣性質Cp = 1.005 kJ/kg K, Cv = 0.718 kJ/kg K, R = 0.287 kJ/kg K, k = 1.4

考慮一個壓縮機，空氣穩定的流入。入口的溫度為17℃，壓力為100 kPa。 出口的溫度為57℃，壓力為600 kPa 。其質量流率為1.6 kg/min。 （每小題10 分，共20 分） ㈠請問空氣經過這個壓縮機的熵變化是多少？ ㈡空氣的總能量變化率是多少？ （空氣的氣體常數為0.287 kJ/kgK，Cp 為1.005 kJ/kgK）