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113年公務人員高等考試三級考試試題
類 科
：
機械工程
科 目
：
熱力學
考試時間
：
2
小時
座號
：
※注意：可以使用電子計算器。
不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。
本科目除專門名詞或數理公式外，應使用本國文字作答。
代號：
37620
頁次：
2
－
1
一、壓力為 1 MPa、溫度為 350 K 的空氣穩態且等熵地流經一個流道，空氣
速度為 200 m/s，試求：（每小題 5分，共 20 分）
靜滯焓（Stagnation enthalpy）（單位取 kJ/kg）
靜滯溫度（Stagnation temperature）（單位取 K）
靜滯壓力（Stagnation pressure）（單位取 MPa）
馬赫數（Mach number）
註：假設此空氣為理想氣體，空氣的等壓比熱與等容比熱皆為定值，等
壓比熱 Cp= 1.005 kJ/(kg·K)，等容比熱 Cv= 0.718 kJ/(kg·K)，氣體常
數R = 0.287 kJ/(kg·K)，空氣的焓 h = CpT（T的單位為 K）。
二、一個封閉的活塞/氣缸組合內含初始壓力為 100 kPa、溫度為 25℃、體積
為0.4 m3的空氣，其先經過一等容加熱過程直到壓力變為 250 kPa，之
後再經過一個等壓加熱過程直到體積變為兩倍。試求：
（每小題 10 分，共 30 分）
最終溫度為何？（單位取 K）
在整個過程中，空氣的作功量為何？（單位取 kJ）
在整個過程，加熱空氣的熱量為何？（單位取 kJ）
註：假設此空氣為理想氣體，空氣的等壓比熱與等容比熱皆為定值，等
壓比熱 Cp= 1.005 kJ/(kg·K)，等容比熱 Cv= 0.718 kJ/(kg·K)，氣體常
數R = 0.287 kJ/(kg·K)，空氣的比內能變化可以用u2-u1= Cv(T2-T1)
來計算。
代號：
37620
頁次：
2
－
2
三、一個體積為 1.0 m³的封閉剛性容器置於一個加熱板上。剛開始的時候，
容器內含有水的飽和液（Saturated liquid）和飽和汽（Saturated vapor）的
兩相混合物，在壓力 P1=1 bar 的情況下，乾度（Quality）為 0.6。經過
加熱後，容器內的壓力為 P2= 1.5 bar。試利用下方飽和水之特性表決定：
狀態 1和2的溫度（單位取℃）（每個答案 5分，共 10 分）
狀態 1和2的飽和汽質量（單位取 kg）（每個答案 5分，共 10 分）
如果繼續加熱至容器中的水全部變成飽和汽時，試求此時的壓力（單
位取 bar）（10 分）
Pressure
bar Temperature
℃
Specific volume
m3/kg
Sat. Liquid
υf
Sat. Vapor
υg
0.8 93.50 1.0380 × 10
-
3
2.087
0.9 96.71 1.0410 × 10
-
3
1.869
1.0 99.63 1.0432 × 10
-
3
1.694
1.5 111.4 1.0528 × 10
-
3
1.159
2.0 120.2 1.0605 × 10
-
3
0.8857
2.5 127.3 1.0672 × 10
-
3
0.7187
3.0 133.6 1.0732 × 10
-
3
0.6058
3.5 138.9 1.0786 × 10
-
3
0.5243
4.0 143.6 1.0836 × 10
-
3
0.4625
4.5 147.9 1.0882 × 10
-
3
0.4140
四、試回答下列兩個問題：
兩部引擎的熱效率均為 40%，引擎 A從一個 600 K 的高溫熱池
（Thermal reservoir）吸收熱量，而引擎 B則從一個 1,200 K 的高溫熱
池吸收熱量，兩個引擎都將熱量排給一個溫度為 300 K 的熱池，假設
過程中各熱池的溫度皆固定，試分別求出此兩部引擎的第二定律效
率。（每個答案 5分，共 10 分）
兩部冷凍機的性能係數均為 2.0，冷凍機 C從一個 300 K 的熱池吸收熱
量，而冷凍機 D則從一個 320 K 的熱池吸收熱量，兩部冷凍機都將熱
量排至一個溫度為400 K 的高溫熱池，假設過程中各熱池的溫度皆固定，
試分別求出此兩部冷凍機的第二定律效率。（每個答案 5分，共 10 分）