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104年特種考試地方政府公務人員考試試題 代號：33970 全一張
（正面）
等別： 三等考試
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。
（請接背面）
一、KST 公司為特殊氣體生產商，目前積極研發非溫度敏感氣體。所謂「非溫度敏感」
的測試標準，就是當溫度自 27℃提升至 29℃時，其壓力的變化量必須小於 0.3 kPa。
已知，某氣體的特性與理想氣體相同，且其比容（specific volume）在 27℃與29℃時
分別為 0.88 m3/kg與0.89 m3/kg，氣體常數為 287 Pa · m3/kg · K。請問該氣體是否可通
過此測試標準？（20 分）
二、MTD 工業中心為測試其新開發、代號為Q氣體之熱力學多變過程（polytropic process）
特性，使用一個封閉式圓柱型活塞進行實驗。已知活塞內有一公斤 Q氣體（氣體常
數為 211 Pa·m3/kg · K，Tcr = 20℃，Pcr = 8 MPa），其壓力與溫度分別為 1.2 MPa 與
220℃。當 Q氣體被視為理想氣體，且其壓力被提升 2.5 倍時，溫度則升高至 360℃。
請問，當 Q氣體被視為范德華（van der walls）氣體，而活塞內壓力自 1.2 MPa 被提
升至 2 MPa 時，其最終溫度為何？（20 分）
三、XPJ 公司 K-type 噴射引擎（jet engine）的擴散器（diffuser）之設計，讓擴散器出口
排出時之氣體速度僅為進入擴散器時之氣體速度的萬分之一。已知，氣體進入擴散
器時之溫度為 7℃，壓力為 100 k Pa，時速為 720 km，焓（enthalpy）值為 270 kJ/kg；
而擴散器的截面積為 0.5 m2，氣體常數則為 287 Pa·m3/kg · K，且此系統之能量流失率
為500 kJ/s。請問，擴散器出口排出氣體之焓（enthalpy）值為何？（20 分）
四、TPE 燃氣渦輪機發電站以理想布累登（Brayton）循環（圖 1）進行運作，其壓力比
為8。已知①與③的焓（enthalpy）值分別為 300 kJ/kg 與1400 kJ/kg，該循環的返回
工作比（back work ratio）與熱效率（thermal efficiency）則分別為 40%與45%。請問，
②的焓值為何？（20 分）
500
1500
T,
K
S
①
②
③
④
圖
1
104年特種考試地方政府公務人員考試試題 代號：33970 全一張
（背面）
等別： 三等考試
類科： 機械工程
科目： 熱力學
五、ADF 研究單位為證明將混合氣體進行分離的困難程度，遂設計以下實驗。將 4 kmol
的A氣體與 6 kmol 的B氣體分別注入一個中間以隔板分隔之球狀絕熱容器的兩邊
（圖 2）。實驗開始後，便將中間隔板抽離，讓兩種氣體進行混合。已知 A、B兩種
氣體特性均與理想氣體相同，氣體常數為 8.314 kJ/kmol·K。請問，當僅考慮能量問
題時，欲反轉此氣體混合過程（使混合氣體回復原分離狀態），需輸入之能量為何？
（20 分）
圖2
A氣體
27℃
300 kPa
B氣體
27℃
300 kPa
隔板