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年公務人員高等考試三級考試試題 代號：
類 科： 農業機械、機械工程、汽車工程
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）
全一張
（
正面
）
24820
26320
26520
一、有一絕熱之密閉容器被一鎖住之可導熱活塞分割成 A及B兩部分，每一部分皆裝有
空氣。A部分之空氣壓力為 200 kPa，溫度為 300 K，體積為 1 m3。B部分之空氣壓
力為 1 MPa，溫度為 1000 K，體積為 1 m3。當活塞的鎖開啟後，活塞可自由地移動，
且最終空氣達到一均勻溫度 TA=TB，請問此狀態下：（每小題 5分，共 10 分）
系統之溫度及壓力為何？
A及B部分之空氣質量各為何？
（給予數據：空氣氣體常數 0.287 kJ/kg·K，25°C 等壓比熱 1.004 kJ/kg·K）
二、有一兩級壓縮機（two-stage compressor），將氮氣由 20°C，150 kPa，經第一級壓縮
機壓縮至 600 kPa，450 K。然後氮氣流經一中間冷卻器（Inter-cooler），其溫度降至
320 K 後，進入第二級壓縮機，將其壓力及溫度提升至 3000 kPa 及530 K。
（每小題 10 分，共 20 分）
請於 T-S 圖上表示此壓縮過程，並指出與單級壓縮比較時可節省之壓縮功。
試求各級壓縮單位質量之可用能增量及可用能消滅量為何？
（給予數據：氮氣氣體常數 0.2968 kJ/kg·K，25°C 等壓比熱 1.042 kJ/kg·K）
三、由玉米發酵生產乙醇過程中，所剩下的固體廢棄物以一連續爐乾燥之。此乾燥過程
產生 15 kg/s 的潮濕空氣，其壓力為 1 atm，溫度為 90°C，相對濕度為 70%。此潮濕
空氣中含有一些揮發性有機化合物和顆粒。為除去這些有機氣體和顆粒，將此潮濕
空氣引入一熱氧化爐（Thermal Oxidizer）以天然氣燃燒加熱，使其溫度提升至
800°C。試求：（每小題 10 分，共 20 分）
潮濕空氣中乾空氣及水蒸汽流量。
由天然氣燃燒所提供之熱量。
（給予數據：空氣氣體常數 0.287 kJ/kg·K，25°C等壓比熱 1.004 kJ/kg·K。水蒸汽
90°C 飽和壓力：70.14 kPa。水蒸汽焓：90°C：2663 kJ/kg·K，800°C：4159 kJ/kg·K）
四、一汽油引擎在進氣口前具有小型增壓器（boost），因此引擎之進氣狀態為 125 kPa，
300 K。此引擎以米勒循環（Miller cycle）運轉。Miller cycle 為將 Otto cycle 之單一
等容排氣過程更改為一等容及一等壓過程之循環。若循環之壓縮比為 9，膨脹比為
12，最高溫度為 2000 K，試求此循環之：（每小題 5分，共 15 分）
最大壓力。
由燃燒獲得之熱量。
平均有效壓力（mean effective pressure, MEP）。
請以標準冷空氣假設（cold air-standard assumption）計算性質之變化。
（給予數據：空氣氣體常數 0.287 kJ/kg·K，25°C等壓比熱 1.004 kJ/kg·K）
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年公務人員高等考試三級考試試題 代號：
類 科： 農業機械、機械工程、汽車工程
科 目： 熱力學
全一張
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背面
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26520
五、將碳氫燃料（hydrocarbon fuels）經由重組反應（reform reaction）獲得氫氣，為提
供燃料電池所需燃料之一種方式。其中甲烷水蒸汽重組反應：CH4+H2O↔3H2+CO
為常見之重組產氫方式。以 1 kmole CH4及1 kmole H2O進行重組反應，在 800 K
及100 kPa 進行重組反應時，產物為 CH4，H2O，H2及CO 之混合物。請問：
（每小題 5分，共 15 分）
在平衡反應時各產物組成氣體之莫耳分率各為何？800 K 時反應平衡常數為 K=0.0237。
如
，但反應壓力增為 200 kPa 時，各產物組成氣體之莫耳分率各為何？
反應壓力提高對重組反應之影響為何？
六、
說明卡諾循環（熱機）及逆卡諾循環（冷凍機）以水蒸汽及 R134a 冷媒為工作流
體時遭遇之困難。（10 分）
如何移除或改善
中熱機及冷凍機遭遇之困難？（10 分）