機械工程 99 年熱工學考古題

一個電冰箱以R134a 為冷媒，為保存冰箱內冷凍庫食品之鮮度，冷凍庫溫度必須保持 在零下5℃，電冰箱外界之溫度為22℃，冷凍庫內之負荷為8000 kJ/hr，電冰箱的輸入 功率為3200 kJ/hr，試求出此電冰箱之性能操作係數（Coefficient of Performance）， 比較在相同操作溫度條件下，逆卡諾（冷凍）循環之性能操作係數為何？並說明兩 者間之差異。（25 分）

某理想鄂圖（Otto）循環的壓縮比為10，其工作介質的比熱固定為Cp = 1.005 kJ/kg·K 與Cv = 0.718 kJ/kg·K。試求其理論熱效率。（10 分） 若該循環中的壓縮過程開 始時的壓力與溫度分別為100 kPa 與25℃，試求其壓縮過程結束時的壓力與溫度。 （15 分）

有一汽油引擎以奧圖循環（Otto Cycle）運作，壓縮比為9，假設工作之氣體可視為 理想氣體，比熱為常數，試回答下列問題： 繪出溫度與熵（T-s）以及壓力與比容（P-ν）之關係圖，並說明其相關過程。（10 分） 若引擎之進氣溫度為27℃，壓力為一大氣壓，於壓縮後之溫度（℃）以及壓力（kPa）。 （10 分） 說明實際與理想循環之差異。（5 分） 註：k=Cp/Cv=1.4，R=0.287 kJ/kg‧K，R 為氣體通用常數。

某燃氣輪機（Gas turbine）的操作係依據理想布雷登（Brayton）循環，但是其壓縮 機採用中間冷卻（Intercooling），且壓縮前後的壓力比為8。若要使壓縮功為最 小，試求進行中間冷卻時的壓力與開始壓縮時的壓力之比。 （10 分） 請說明為 何採用中間冷卻可以減少壓縮功。（15 分）

布雷登循環（Brayton Cycle）包含了渦輪機、壓縮機、燃燒室以及熱交換器等元件， 空氣作為工作流體，在壓縮機入口之溫度與壓力分別為15℃、0.15 MPa，壓縮後壓 力為1.0 MPa，此循環中最高溫度為1100℃，試回答下列問題： 各狀態點的溫度（℃）與壓力（MPa）。（10 分） 求出壓縮機單位質量所輸入之功（kJ/kg）。（5 分） 計算渦輪機單位質量所輸出之功（kJ/kg）。（5 分） 此布雷登循環之熱效率為何（%）？（5 分） 註：Cp=1.005 kJ/kg‧K 99年特種考試地方政府公務人員考試試題 類 科： 機械工程 全一張 （背面）

某蒸汽動力廠（Steam power plant）的操作係依據理想朗肯（Rankine）循環，其蒸 汽以3 MPa 與350℃的狀態進入該蒸汽輪機，並以75 kPa 離開。請利用附表所列的 數據，求每單位質量的蒸汽在該蒸汽輪機內所做的功。（25 分）

蒸氣朗肯循環（Steam Rankine Cycle）和有機朗肯循環（Organic Rankine Cycle）的 工作原理相同，包含了蒸發器（或鍋爐）、渦輪機、冷凝器以及泵等四元件，兩者 的差異在於所採用的工作流體不同，蒸氣朗肯循環使用水作為工作流體，有機朗肯 循環是利用有機流體作為工作流體。今有一有機朗肯循環以R245fa 為工作流體， 根據下圖R245fa 之壓力與焓（Pressure and Enthalpy）性質圖，回答下列問題： 若渦輪機入口壓力1.5 MPa，溫度120℃和出口壓力0.179 MPa，於R245fa 的壓力 與焓性質圖中，繪出有機朗肯循環的四個過程。（10 分） 於上題中，求出渦輪機運轉時，單位質量的工作流體所輸出的功（kJ/kg）。（5 分） 並求出泵運轉時，單位質量的工作流體所輸入的功（kJ/kg）。（5 分） 計算此有機朗肯循環之熱效率（%）為何？（5 分） R245fa P-H 圖

請以T-s（Temperature-entropy）圖說明理想蒸氣壓縮（Vapor-compression）式冷凍 循環與實際蒸氣壓縮式冷凍機的操作差異及其原因。（25 分） 附表一 水的飽和性質 99年公務人員特種考試海岸巡防人員考試、99年公務人員特種考試基層警察人員考試、 99年公務人員特種考試關務人員考試、99年公務人員特種考試經濟部專利商標審查人員考試、 99年第一次公務人員特種考試司法人員考試及99年國軍上校以上軍官轉任公務人員考試試題 代號： 類(科)別： 機械工程 全一張 （背面） 33640 73140 附表二 過熱蒸汽性質