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105年公務人員特種考試警察人員、一般警察人員
考試及105年特種考試交通事業鐵路人員考試試題 代號：70740 全一張
（正面）
考試別： 鐵路人員考試
等別： 高員三級考試
類科別： 機械工程
科目： 熱工學
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、一汽電共生場（cogeneration plant）的鍋爐產生過熱蒸汽（7 MPa, 500℃），部分蒸汽
經由膨脹閥（expansion valve）降壓（500 kPa）供應製程加熱使用，其餘蒸汽則進入
渦輪機，如下圖所示。蒸汽進入渦輪機，部分蒸汽在 500 kPa 下被抽出且導入製程加
熱使用，其餘蒸汽繼續膨脹作功至5 kPa，再進入凝結器，接續經由幫浦I加壓至7 MPa
進入混合槽。經由膨脹閥供應的蒸汽和渦輪機抽出的蒸汽一起供應製程加熱使用，
最後形成飽和液體（500 kPa）進入幫浦 II，再被加壓至 7 MPa 進入混合槽。分別被
幫浦 I和幫浦 II 加壓的水，經由混合槽混合後，進入鍋爐。不考慮任何壓損（pressure
drops）和熱損（heat losses），同時假設渦輪機和幫浦依循等熵過程作功，請回答下
列問題：
利用 T-s 圖分別標示此一循環的各狀態位置（編號 1至11）。（15 分）
分別列出幫浦 I（WI）和幫浦 II（WII）功率及製程加熱率（Q）的計算式。（5分）
同時考慮製程加熱和渦輪機作功，列出此一循環的利用因子（utilization factor）（ε）
的計算式。（5分）
列出最大製程加熱率（Qmax）和其對應的利用因子的計算式。（5分）
若不考慮製程加熱，列出此一循環的利用因子的計算式。（5分）
上述問題作答所需熱力性質之表示方式：以狀態 2為例，狀態 2之流率為 m2
（kg/s）、
壓力為 P2（kPa）、比容為 v2（m3/kg）、焓值為 h2（kJ/kg）、熵值為 s2（kJ/kg K）。幫
浦功率可表為 W（kW）、製程加熱率則表為 Q（kW），其餘依此類推。
凝結器
幫浦 I
幫浦 II
製程
加熱
膨脹閥 渦輪機
混合
槽
鍋爐
7 MPa
,
500℃
7 MPa 5 kPa
5 kPa
500 kPa 500 kPa
123
45
9
6
7
8
10
11
7 MPa
105年公務人員特種考試警察人員、一般警察人員
考試及105年特種考試交通事業鐵路人員考試試題
代號：70740
全一張
（背面）
考試別： 鐵路人員考試
等別： 高員三級考試
類科別： 機械工程
科目： 熱工學
二、飛機使用的渦輪噴射引擎，如下圖所示。請說明五個組件（圖中所示 A，B，C，D，
E）的名稱及功能，那一種理想熱力循環可以用來表示六個狀態（圖中所示 1，2，3，
4，5，6）的熱力性質變化？請利用 T-s 圖標示五個組件、六個狀態及說明其對應四
個熱力過程（process）的熱力性質變化。（20 分）
三、考慮一冷凍循環，冷媒（流率為 0.1 kg/s）以過熱蒸氣狀態（0.14 MPa, -20℃）進入
壓縮機，離開壓縮機時冷媒狀態為 0.8 MPa, 50℃，接著進入凝結器冷卻至 0.8 MPa,
26℃，再接續膨脹閥（expansion valve）降壓至 0.14 MPa。不考慮連接管接件的壓損
（pressure dr ops）和熱損（heat losses），利用下表所示熱力性質，請回答下列問題：
利用 T-s 圖標示此一循環的各狀態位置。（10 分）
計算壓縮機的輸入功率和蒸發器（evaporator）的吸熱率。（5分）
計算壓縮機的絕熱效率（adiabatic ef ficiency ）。（5分）
計算此一循環的性能係數（coefficient of performance, COP）。（5分）
P（MPa） T（℃） h（kJ/kg） s（kJ/kg K）
0.14 -20 179.01 0.7147
0.8 60 220.72 0.7474
0.8 50 213.45 0.7253
0.8 40 206.07 0.7021
0.8 26 60.68 0.2271
四、請說明四行程汽油引擎的四個行程（stroke）和空氣標準鄂圖循環（simple air-standard
Otto cycle）的四個過程（process），並比較說明上述四個行程和四個過程的相關性。
（20 分）
AB D CE
1
2
5 6
4
3