機械工程 96 年熱工學考古題

一絕熱容器總容積為4 3 m ，初始時被一隔版平均分成A 和B 區。初始A 區內空氣 狀態為1.0 MPa、600 K，B 區是真空。當隔板移除後，空氣充滿容器。決定最終平 衡時的空氣狀態（T, p）和熵的變化。（10 分） [ 4.1 C / C k v p = = ，Cp、Cv均為常數，且 K kg / kJ 005 .1 Cp − = ]

一可逆轉熱磊可在夏天充當冷氣，在冬天用作暖屋用。屋內經年維持24℃的恆溫。 假定夏天時室外平均溫度為32℃，冬天的室外平均溫度為4℃。而每1℃室內、外 的溫差會有kW 5 的熱獲得或熱損失。試問在理想熱磊的操作情形下，冷屋及暖屋時 功率的需求分別為若干？（10 分）

在發電站中，一般基本負載均以蒸汽動力循環的機組運轉，請以 ㈠T-s 圖解說朗肯（Rankine）動力循環，在圖中同時寫出其各組成要件的名稱？並 以適當的狀態參數定義其熱效率。（10 分） ㈡在此基本裝置下，可如何改變操作條件以增加輸出或改善熱效率，請分別加以述 說，並解釋為什麼會有這些變化？但又可能有何限制？（8 分） ㈢又可外加那些裝置來改變輸出和（或）改善效率？請個別的說明其工作原理，與 可能產生的個別效果。而當全部裝置同時採用時的效果又如何。（12 分） [以上諸小題均請以T-s 圖輔助解說]

在假設標準冷空氣（cold-air-standard）的布萊頓（Brayton）的動力循環中，空氣以 0.1 MPa，15℃進入壓縮機，而離開壓縮機的壓力為1.0 MPa，循環的最高溫為1100℃。 假設壓縮機與渦輪機效率均為85%，而壓縮機與渦輪機間的壓力降為15 KPa。試求 ㈠循環中各點的壓力與溫度。（8 分） ㈡壓縮機功、渦輪機功與循環效率。（12 分） [ 4.1 C / C k v p = = ，Cp、Cv均為常數，且 K kg / kJ 005 .1 Cp − = ]

汽油引擎係以奧圖（Otto）動力循環運轉，柴油引擎係以狄塞爾（Diesel）動力循環 運轉。 ㈠以p-v 圖詳細解說此二動力循環。（8 分） ㈡在相同壓縮比下，理論熱效率以那個動力循環較高？而在實用上又是如何？（4 分） ㈢汽油引擎的爆震與柴油引擎的爆震現象，其發生的成因在本質上的差異為何？ （8 分） 六、渦輪機的渦輪（turbine）部分，有時會採用重熱（reheat），請以p-v 或T-s 圖詳細 說明其所產生的結果。若採用重熱裝置，在理想氣體的假設下，其最佳的位置為何？ （10 分）