機械工程 94 年熱工學考古題

簡答題： ㈠考慮一鍋沸水煮熟玉米之過程，試解釋此沸水煮食過程相關之熱傳遞模式。（6 分） ㈡考慮一輸油管路，若欲裝置鰭片以增加油管與管外周遭空氣間熱交換量，請問應 將鰭片裝置於管外或管內？理由為何？（6 分） ㈢何謂黑體？並請簡述其特徵。（8 分）

某一壓縮式熱幫浦（heat pump）系統，以一3 kW 馬達驅動壓縮機。空氣（密度 1.2 kg/m3、比熱1.005 kJ/kg-K）以0.96 m3/s 之體積流率穿越蒸發器，導致其溫度下 降4℃。若馬達之能量轉換效率與蒸發器熱能傳遞效率分別為75％與80％，試計算 此熱幫浦系統中冷凝器可釋放出之熱量。另外，此熱幫浦系統之製造廠商聲稱其具 有4.5 之COP 值，請問是否正確？（20 分）

以質量流率0.052 kg/s 進出一離心式壓縮機之冷媒蒸氣狀態分別為壓力0.4 MPa， 溫度0℃及壓力1 MPa，溫度90℃。冷媒蒸氣可視為理想氣體，其等壓比熱為一定 值（1.1 kJ/kg⋅K）及比熱比值（specific heat ratio）為1.3。試計算驅動壓縮機所需之 理論輸入功率及壓縮機之等熵效率（isentropic efficiency）。（20 分）

考慮一太陽熱水器集熱板（absorber surface），其表面發射率（emissivity）為0.09 及太陽吸收率（solar absorptivity）為0.87。已知入射至集熱板表面之太陽熱通率 （solar heat flux）為600 W/m2，且周遭空氣溫度為25℃及其對流熱傳係數為 10 W/m2⋅K。集熱板表面溫度已知為75℃，試計算可經由吸熱板背面水管傳輸之太 陽熱通率。史蒂芬菠茲曼（Stefan-Boltzmann）常數為5.67×10-8 W/m2⋅K4。（20 分）

電熱式暖氣系統係於空調風管內配置一300 W 風扇與電阻加熱器所構成。若空氣以 質量流率為0.6 kg/s 流經風管加熱後，其溫度可上升5℃。另外，暖氣風管對外之熱 損失估計達400 W，試計算電阻加熱器所需具備功率。假設空氣等壓比熱值為 1.005 kJ/kg⋅K。（20 分）