機械工程 95 年熱工學考古題

試解釋或回答下列問題：（每小題5 分，共25 分） ㈠氣體壓縮機之絕熱效率及等溫效率（adiabatic and isothermal efficiency） ㈡總括熱傳係數（overall heat transfer coefficient）及對數平均溫度差（log-mean temperature difference） ㈢相對濕度（relative humidity）及絕對濕度（humidity ratio） ㈣為何電廠之冷凝器（condenser）在負壓下操作？ ㈤吸收式與壓縮式冷凍機（absorption and vapor compression refrigeration system）之 優劣點之比較

有一絕熱之活塞-汽缸裝置，此活塞可自由在汽缸內移動。其原先內裝有體積300 公升，壓力120 kPa、溫度17℃之空氣。當此空氣被一置於汽缸內的200 W 電熱器 加熱持續達15 分鐘後，試求： ㈠此時空氣之溫度（℃）（15 分） ㈡本過程之熵變化量（kJ/°K）（10 分） 註：空氣定壓比熱Cp = 1.004 kJ/kg°K， 定容比熱Cv = 0.717 kJ/kg°K，氣體常數R= 0.287 kJ/kg°K

一噴射引擎（turbojet）飛機以320 m/s 的速度在高度9150 公尺的高空飛行，外界 環境為壓力32 kPa、溫度-32℃。引擎之空氣質量流率為60 kg/s，壓縮機其壓縮比 （pressure ratio）為12，進入渦輪機（turbine）之溫度為1400°K，而燃油之熱值為 42700 kJ/kg。試求： ㈠噴射引擎排出氣體之速度（m/s）（10 分） ㈡噴射引擎產生之推力（kW）（8 分） ㈢所消耗燃油量（kg/s）（7 分） 註：空氣之定壓比熱Cp = 1.004 kJ/kg°K， 定容比熱Cv = 0.717 kJ/kg°K，氣體常數R= 0.287 kJ/kg°K

有一內含1 kg O2 的絕熱容器，溫度15℃，壓力300 kPa。以一閘閥連接另一內含 N2，體積2 m3 的非絕熱容器，溫度50℃，壓力500 kPa。當閥打開後兩氣體混合成 一25℃之均勻混合物。假設環境溫度25℃，試求： ㈠混合後的壓力（kPa）（8 分） ㈡本混合過程的熱傳量（kJ）（7 分） ㈢此過程熵的增加量（kJ/°K）（10 分） 註：1. O2 定壓比熱Cp = 0.918 kJ/kg°K， 定容比熱Cv = 0.658 kJ/kg°K，氣體常數=0.260 kJ/kg°K 2. N2 定壓比熱Cp = 1.039 kJ/kg°K， 定容比熱Cv = 0.743 kJ/kg°K，氣體常數=0.297 kJ/kg°K N2 2 m3 50℃ 500 kPa O2 1 kg 15℃ 300 kPa

100 kg 水蒸氣以9 MPa, 520℃及20 m/s 推動蒸氣渦輪機，出口壓力為10 kPa，速度 為80 m/s，若蒸氣渦輪機的效率為0.87，試計算其輸出之功。（25 分） Superheated steam at 10 MPa T=400℃ u=2848.4 kJ/kg h=3117.8 kJ/kg s=6.2854 kJ/kg-K T=450℃ u=2955.2 kJ/kg h=3256.6 kJ/kg s=6.4844 kJ/kg-K T=500℃ u=3055.2 kJ/kg h=3386.1 kJ/kg s=6.6576 kJ/kg-K T=550℃ u=3152.2 kJ/kg h=3511.0 kJ/kg s=6.8142 kJ/kg-K Saturated steam（相關單位同上） 9MPa Ts=303.4 vg=0.0205m3/kg, uf=1350.5, ug=2557.8, hf=1363.3, hg=2742.1, sf=3.2858, sg=5.6722 10kPa Ts=45.81 vg=14.67m3/kg, uf=191.82, ug=2437.9, hf=191.83, hg=2584.7, sf=0.6493, sg=8.1502