機械工程 99 年熱力學與熱傳學考古題

吹風機之設計為一風道置電阻式加熱器，風扇把風吸進風道經電阻式加熱器加熱。 空氣進入風道之前為100 kPa及22℃，經過1200 W加熱後，離開風道空氣之溫度為 47℃，風道之截面積為60 cm2。空氣之氣體常數R＝0.287 kPa．m3/kg．K，定壓比 熱Cp＝1.005 kJ/kg．K。如果不考慮風扇之能耗及管道之熱流失，試求進口空氣之體 積流率（volume flow rate）及出口空氣之流速。（15 分）

太陽能屋置有50 個玻璃容器，每一容器儲有20 L 的水，於白天時吸收太陽能，加 熱至80℃。屋內除了被50 個玻璃容器加熱外，另裝有自動調溫器來控制某15 kW 備用電熱器，以維持22℃之室內溫度。於某一冬天晚上，屋外溫度為3℃，欲維持 10 小時室內溫度22℃，如果熱損失至室外平均約50,000 kJ/h，試求電熱器需加熱 時間及熵增加量。水的密度ρ＝1 kg/L，比熱C＝4.18 kJ/kg．℃。（20 分）

請說明組成理想Rankine 循環的四個過程，用T-s 圖來說明。（5 分） 如何來增加理想Rankine 循環的效率？用T-s 圖來說明。（10 分） 試用T-s 圖來展示3 階段再加熱（reheating）的理想Rankine 循環。假設所有渦輪機 之進口溫度均相同，試說明循環的效率隨再加熱階段數增加之變化情形。（5 分）

使用麥斯威爾（Maxwell ）關係式 T ν v s T P ⎟⎠ ⎞ ⎜⎝ ⎛ ∂ ∂ = ⎟⎠ ⎞ ⎜⎝ ⎛ ∂ ∂ ，證明Clapeyron 方程式為 fg fg sat Tν dT = ⎟⎠ ⎜⎝ h dP ⎞ ⎛ 。請說明Clapeyron 方程式之價值。（10 分）

殼管式熱交換器被用來對酸性液體加熱，酸性液體於圓管（內徑Di＝10 mm及外徑 Do＝11 mm）內流動，其熱傳係數為hi＝1500 W/m2．K。熱氣於殼與圓管間流動， 其熱傳係數為ho＝200 W/m2．K。為了避免酸性液體對圓管產生腐蝕，有2 種圓管 材料可供選擇，一是Ni-Cr-Mo合金（ρm＝8900 kg/m3, km＝8 W/m．K），另一是 PVDF塑性材料（ρp＝1780 kg/m3, kp＝0.17 W/m．K）。如果要傳遞同樣的熱量，請 找出塑性材料圓管與合金圓管之表面積比及質量比。如果單位質量合金圓管之成本 為塑性材料圓管3 倍，以成本為考量，您應選擇何種圓管材料？（15 分） 99年專門職業及技術人員高等考試建築師、技師 考試暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題 類 科： 機械工程技師 全一張 （背面） 六、散熱鰭片廣泛使用於散熱系統，考慮下圖單一鰭片系統，熱經由對流把熱由固體表 面傳至流體。 Fluid T∞, h 請說明在何種條件下，從固體經由鰭片的熱傳導可假設為一維。（5 分） 如果熱經由鰭片的熱傳導可假設為一維，熱傳導係數（k）為常數，均一的鰭片 截面積（Ac），無熱輻射及內部熱的產生之情形下，請推導出統制熱傳遞的方程 式。（10 分） 如果固體表面溫度固定為Ts，除了經由加上散熱鰭片外，請說明其它可增加熱傳 率的方法。（5 分）