加載中. ..
PDF
1
0
8
年特種考試地方政府公務人員考試試題
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。
本科目除專門名詞或數理公式外，應使用本國文字作答。
代號：
33970
頁次：
3
－
1
一、一純物質（例如水）之飽和水氣的 P-V（壓力-體積）示意圖如下所示，
請分別依據下圖畫出下列三個過程中的路徑圖。
在常溫下，該物質由壓縮液體（compressed liquid）轉變為過熱蒸氣
（superheated vapor）之過程。（5分）
在一鋼瓶中，將其中的飽和蒸氣（saturated vapor）加熱之過程。（5分）
由過熱蒸氣以等溫壓縮成飽和液體（saturated liquid）之過程。（5分）
二、一氣體之狀態方程式為 P(ν-a)= RT，其中 P為壓力，ν為比體積，T為
溫度，R為氣體常數，a為常數。
當等容比熱（Cν）為常數時，證明等壓比熱（Cp）亦為常數。（10 分）
當過程為可逆絕熱（reversible adiabatic）狀況時，證明此氣體亦遵
循P(ν-a)k= Constant（常數），其中 k為比熱比（ratio of specific
heat= Cp/Cν）。（10 分）
三、在一體積為 0.1 m3汽缸中，置有氫氣（分子量 = 2.016 kg/kmol），假設
其為理想氣體且其比熱比 k（ratio of specific heat = Cp/Cν）為 1.41。該氫
氣的起始狀態為 1大氣壓（= 101.35 kPa）、30℃。經一活塞以等熵過程
壓縮後，壓力為 20 大氣壓。通用氣體常數（Universal gas constant; Ru）
為8.314 kJ/kmol·K，求：
氫氣的質量。（5分）
氫氣所做的功。（10 分）
代號：
33970
頁次：
3
－
2
四、下圖係一結合布雷登循環（Brayton cycle）的氣渦輪機（Gas Turbine
Engine）和蒸汽渦輪機的發電廠循環。在氣體循環的工作流體假設為理
想空氣（其相關性質可見表一、表二、表三；或者可使用定壓比熱
Cp= 1.005 kJ/kg、氣體常數 R = 0.287 kJ/kg·K），空氣在壓縮機入口的壓
力為 100 kPa，溫度為 25℃，壓縮機的壓縮比為 14，其等熵效率為 87%；
燃燒器提供 60 MW 的熱量；氣渦輪機的入口溫度為 1,250℃，出口壓力
為100 kPa，其等熵效率為 87%；而此氣體循環在熱交換器的出口溫度
為200℃。在蒸汽循環的工作流體為水，在水泵入口為 10 kPa 的飽和水
（saturated liquid），出口壓力為 12.5 MPa，其等熵效率為 85%；蒸汽渦
輪機入口溫度為 500℃且等熵效率為 87%。根據下列表所給予之數據，求：
在氣體循環工作流體的質量流率。（15 分）
在蒸汽循環工作流體的質量流率。（15 分）
此電廠循環的熱效率。（10 分）
表一：理想空氣之性質［h（焓；enthalpy），Pr（reduced pressure）］
溫度(K) 298 473 600 620 640 760 780 800 1523
h(kJ/kg) 298.62 475.84 607.32 628.38 649.53 778.46 800.28 822.20 1663.91
P
r
1.09 5.56 13.09 14.77 16.603 31.57 34.853 38.39 515.49
表二
Saturated water ν
f
(m
3
/kg) ν
g
(m
3
/kg) h
f
(kJ/kg) h
g
(kJ/kg) sf(kJ/kg·K) sg(kJ/kg·K)
P=10 kPa 0.001010 14.674 191.81 2584.6 0.6492 8.1501
表三
Superheated vapor at T = 500°C v(m
3
/kg) h(kJ/kg) s(kJ/kg·K)
P = 12.5 MPa 0.0256 3341.7 6.4617
代號：
33970
頁次：
3
－
3
五、如下圖所示，一熱機從溫度 1000 K 的熱儲（energy reservoir）中獲得
325 kJ 的熱量，其散熱 125 kJ 至溫度 400 K 的熱沉（energy sink），因此
經一循環後，該機可輸出 200 kJ 的功。請判定該循環是可逆、不可逆或
不可能？並說明原因。（10 分）