機械工程 99 年熱力學考古題

請回答下列問題： 一杯60℃的熱咖啡放在周圍溫度為20℃的桌上，根據熱力學第一定律，此杯咖 啡可否變得更熱？為什麼？實際上會發生嗎？為什麼？（10 分） 何謂熱（heat）？何謂內能（internal energy）？並說明其差異。（12 分） 說明一般家庭用窗型冷氣的冷房原理。購買冷氣時，應挑選較大或較小EER（或 COP）值的冷氣？為什麼？（12 分） 燃氣渦輪機（gas turbine engine）中，常利用再生器（regenerator）、中間冷卻器 （intercooler）及再加熱器（reheater），說明其功用及目的。（12 分）

有一風力發電機（wind turbine）直徑為60 公尺，在一平均風速為10 m/s風場中， 以轉速20 rpm旋轉，假設該風力發電機效率為35%，空氣密度為1.25 kg/m3，計算： 該風力發電機產生之功率（power）（8 分） 葉尖速度（tip velocity of the blade）（7 分）

在1 MPa 與80℃下的冷媒在冷凝器（熱交換器）中由空氣冷卻至1 MPa 與28℃。 空氣在100 kPa 與25℃狀態下以10 kg/sec 的質量流率進入，而在100 kPa 與55℃的 狀態下離開；計算冷媒的質量流率。（14 分） 註：已知冷媒在冷凝器入口及出口的焓（enthalpy）分別為314.25 kJ/kg及90.69 kJ/kg； 假設空氣為理想氣體，等壓比熱為常數，CP＝1.005 kJ/kg．K；同時，假設過程 中無熱損失，且動能、位能變化可忽略。

一理想雙循環（dual cycle）引擎之壓縮比為12，且使用空氣做為工作流體。壓縮 過程開始時之空氣狀態為100 kPa 與27℃，質量為1.5 g。加熱過程中共有1.1 kJ 熱量加入，其中0.3 kJ 為等體積過程，0.8 kJ 為等壓力過程。計算該引擎之熱效率。 （25 分） 註：假設空氣為理想氣體，比熱為常數，等壓比熱CP＝1.005 kJ/kg．K，等容比熱 CV＝0.718 kJ/kg．K，空氣氣體常數R＝0.287 kJ/kg．K。