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107年公務人員高等考試三級考試試題
代號：34620
35820
全一張
（正面）
類科： 農業機械、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。
（請接背面）
一、請說明下列、、及之純物質（例如水）液汽平衡之壓力體積圖（P-V diagram）
中1和2之狀態以及 1→2的過程。（20 分）
二、汽車之渦輪增壓器係由一壓縮機和一渦輪機構成，主要用途是來壓縮進氣，從而提
高引擎的功率和扭矩，其示意圖如下所示。假設渦輪機的等熵效率（isentropic
efficiency）為 85%，壓縮機的等熵效率為 80%，工作流體均可視為空氣且為理想
氣體（定壓比熱為 C
p0
= 1.0035 kJ/kg·K，空氣氣體常數 R = 0.287kJ/kg·K），並假
設實體壓縮機和理想壓縮機有相同的出口壓力。根據圖中所給予的數據求出：
渦輪機出口溫度（5分）和所輸出的功。（5分）
壓縮機出口溫度（5分）和壓力。（10 分）
Engine
Power
out
Exhaust
P
4
= 100 kPa
P
1
= 100 kPa
T
1
= 30℃
m = 0.1 kg/s
Inlet
air
P
3
= 170 kPa
T
3
= 650℃
107年公務人員高等考試三級考試試題
代號：34620
35820
全一張
（背面）
類科： 農業機械、機械工程
科目： 熱力學
三、某種煤炭經過元素分析（ultimate analysis of coal）後，其成分分析結果如下表所列，
這些數據為質量分率（mass fraction）。假設此煤炭在發電廠鍋爐中和 120%理論空氣
（theoretical air）進行燃燒，燃燒產物有 SO
2
、H
2
O、CO
2
及N
2
，求其以質量為基底
的空燃比（air-fuel ratio on mass basis）。（25 分）
成分 H2O H C S N O Ash
原子量 - 1 12 32 14 16 -
質量分率（%） 28.9 3.5 48.6 0.5 0.7 12.0 5.8
四、如下圖所示，有一理想再熱循環，高壓渦輪機之蒸汽進口狀態為 400°C 及5.0 MPa，
工作流體在渦輪機中膨脹至 0.8 MPa 後，再將其加熱至 400°C，然後在低壓渦輪機中
膨脹至 10 kPa。求此循環之熱效率（thermal efficiency）（15 分）和低壓渦輪機出口
的乾度（飽和液汽混合物中，飽和汽所占的質量百分比）。（15 分）
過熱蒸汽 h (kJ/kg) s (kJ/kg
·
K)
T.=400°C, P = 5.0 MPa 3195.6 6.6458
T.=400°C, P = 0.8 MPa 3267.1 7.5715
飽和蒸汽 νf (m3/kg) νg (m3/kg) hf (kJ/kg) hg (kJ/kg) sf (kJ/kg
·
K) sg (kJ/kg
·
K)
P = 0.8 MPa 0.001115 0.2404 721.10 2769.1 2.0461 6.6627
P = 10 kPa 0.001010 14.674 191.81 2584.6 0.6492 8.1501
表中 ν為比體積（specific volume）