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107年公務人員特種考試關務人員、
身心障礙人員考試及107年國軍上校
以上軍官轉任公務人員考試試題 代號：10340 全一頁
考試別： 關務人員考試
等別： 三等考試
類科： 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。
本科目除專門名詞或數理公式外，應使用本國文字作答。
（請接背面）
一、利用 T-s 圖，分別繪出卡諾循環（Carnot Cycle）和理想朗肯循環（Ideal Rankine Cycle），
說明組成各循環的熱力過程，並回答下列問題：
比較上述兩個熱力循環，何者熱效率高？請說明原因。（10 分）
提出兩種方法來提升理想朗肯循環的熱效率，請利用 T-s 圖來說明熱效率增加的原
因。（10 分）
使用超臨界鍋爐（Supercritical Boiler）或超超臨界鍋爐（Ultra-Supercritical Boiler）
的朗肯循環為何比較節能，且能減少二氧化碳排放？請說明原因。（5分）
二、考慮一理想鄂圖循環（Ideal Otto Cycle），以空氣為工作介質，若已知壓縮過程的起
始溫度(T1)、壓力(P1)和比容(v1)，以及入熱量(qin)和壓縮比（r, Compression Ratio），
請繪出 T-s 圖，並推導出此一循環的最高溫度和壓力的計算式。假設空氣為理想氣體，
其相關常數分別可表為 Cpo，Cvo，R，k。（25 分）
三、考慮一理想布雷登循環（Ideal Brayton Cycle），以空氣為工作介質，此一循環的最高
溫度和最低溫度分別為 1300 K 和300 K，壓縮機和渦輪機效率分別為 83%和87%，
壓力比（Pressure Ratio）為 10。請計算此一循環的渦輪機出口溫度、淨輸出功和熱
效率。假設空氣為理想氣體，Cpo= 1.005 kJ/kg K ，Cvo= 0.718 kJ/kg K ，
R= 0.287 kJ/kg K，k=1.4。（25 分）
四、天然瓦斯（組成包含 72%甲烷、9%氫氣、14%氮氣、2%氧氣和 3%二氧化碳）和空
氣（相對濕度 80%）在 20℃，1大氣壓狀態下，以化學計量比（Stoichiometric Ratio）
混合燃燒。維持 1大氣壓完全燃燒後，請計算燃燒產物中的水蒸氣分壓。已知 20℃
水的飽和蒸氣壓為 2.339 kPa。（25 分）