機械工程 94 年熱機學考古題

汽車引擎係以理想鄂圖循環（Otto cycle）運轉，其壓縮比（compression ratio）為 9.5；空氣於進入等熵（isentropic）壓縮過程前其狀態為100kPa、17℃及 600cm3， 而於等熵膨脹過程後氣體的溫度為800K。以氣體室溫之比熱值 （Cp＝1.005 kJ／kg-K，Cv＝0.718 kJ／kg-K，k＝1.4） 計算該循環中之最高溫度與最高壓力，分別以K 及kPa 表示之；（10 分） 計算該循環之輸入熱量（heat input），以kJ 表示之；（8 分） 計算該循環中之熱效率。（12 分）

房屋之室內與室外溫度每差1 ℃其熱損失（heat loss）為5,400 kJ/h；輸入功率為6 kW 之熱泵（heat pump）用以維持室溫於21℃。於此狀況下，決定該熱泵得以滿足 房屋所需加熱條件下之最低室外溫度。（20 分）

蒸汽之初始狀態為6 巴（bar）及250 ℃（於此狀態下其比容值為0.3938 m3/kg）， 此氣體依Pv1.3= constant方式進行膨脹作用，而其終止狀態為1 巴。計算每公斤蒸汽 所做的功（以kJ/kg表示之） [註：1 bar = 105 Pa]。（20 分）

輪機噴射（turbojet）飛機速度為320 m/s，飛行高度為9150 m；而於該高度情況下 ，周圍之壓力為32 kPa溫度為零下32℃。飛機發動機壓縮機（compressor）兩端之 壓力比為12 而輪機（turbine）之入口溫度為1,400 K，空氣進入壓縮機之質量流率 為60 kg/s且燃油之熱值（heating value）為42,700 kJ/kg。假設所有的機件皆以理想的 方式運轉，且空氣之比熱為定值之室溫值（即Cp = 1.005 kJ/kg-K，k = Cp/Cv = 1.4） 計算發動機排氣（exhaust）之速度，以m/s 表示之；（15 分） 計算發動機之推進功率（propulsive power），以kW 表示之；（5 分） 計算發動機之耗油率，以kg/s 表示之。（10 分） ﹝註：飛機發動機係以升壓器（diffuser）、壓縮機、輪機及噴嘴（nozzle）等四 項主要機具所組成；而於理想狀況下，壓縮機出口與入口之壓力與溫度之比值為 Tout/Tin= (Pout/Pin) （k-1）/k﹞