機械工程 93 年熱力學與熱傳學考古題

說明功（work）及熱（heat）的“異”及“同”。（20 分）

一個理想郎肯（Rankine）循環運轉在0.1 及20 巴(bar)之間，而以水蒸汽為工質。水 蒸汽進入渦輪機時為飽和狀態，繪出它的溫-熵（T-s）圖，標明各點的熱力狀態後， 計算此一循環之熱效率。相關數據如下：（20 分） 壓力(P) 巴 溫度(T) C ° 比容(v) m3/kg 焓(h) kJ/kg 熵(s) kJ/kgK vf vg hf hg sf sg 0.1 45.81 0.001010 14.67 191.83 2584.7 0.6493 8.1494 20 212.42 0.001177 0.09963 908.79 2799.5 2.4474 6.3400

推導理想空氣之布萊登（Brayton）封閉循環之熱效率，並以壓縮比之關係式表示之。 （20 分）

熱傳有那幾種模（方）式（modes）？請寫出屬於每個模（方）式之特殊定律（particular laws）。（20 分）

空氣在一圓管內，管子直徑2.5 cm，以平均速度83.6 m/s 流動。管子內壁溫度保持一 定為99 C ° ，而空氣在管內之平均溫度為55 C ° 。利用Nu = 0.023Re0.8Pr0.4，其中Nu 為紐塞數（Nusselt number）；Re 為雷諾數（Reynolds number）。計算單位面積空氣之 熱傳遞率。相關數據如下︰（20 分） 溫度(T) C ° 密度( ) kg/m3 運動黏滯係數(ν) m2/s 熱傳導係數(k) W/mK 普朗特數(Pr) 空氣 77 0.995 2.09×10-5 0.030 0.70