機械工程 95 年熱力學與熱傳學考古題

㈠試定義熱泵（heat pump）與其性能係數（coefficient of performance），並以示意 圖補助說明。（10 分） ㈡試定義冰箱（refrigerator）與其性能係數，並以示意圖補助說明。（10 分）

請分別寫出垂直平板自然對流（natural convection）問題與平板強制對流（forced convection）問題的二維統制方程式（governing equation）。並請說明解此二問題時 的基本差異。（20 分）

㈠試以熱力學第一定律與第二定律分別說明圖(a)、圖(b)在中間分隔膜被移走後的可 能變化過程。（10 分） ㈡圖(a)中1 kmol 的O2 與 2 kmol 的 N2 其溫度與壓力皆為298 K 與1 atm，當圖 中間分隔膜被移走後，你被要求計算伴隨此混合過程的 entropy ，並從計算結果 說明此一過程為可逆或不可逆或者兩者皆可。（20 分） ㈢當圖(a)中的 N2 也改為O2 時，重複問題㈡的計算。（5 分）

試推導熱交換器之對數平均溫差（log mean temperature difference）公式。（15 分）

一球形熱電偶（spherical thermocouple）直徑0.75 mm，其熱輻射發射率（emissivity） 為0.41，被用來量測燃燒管內高溫燃氣的溫度。管壁被冷卻並維持在52°C，熱電偶的 溫度為1162°C，忽略熱電偶導線的存在，求從熱電偶至管壁的輻射熱傳率。在定常狀 態（steady state）下，熱電偶的輻射熱損失，由高溫燃氣熱對流來補充而達熱平衡，如 果高溫燃氣之平均熱對流係數為595 W/(m2 K)，請估算高溫燃氣的溫度。（10 分） 圖(a) 圖(b) 氣體 氣體 氣體 真空 絕緣 絕緣 N2 O2 熱電偶 管壁 導線 高 溫 燃 氣