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109年公務人員高等考試三級考試試題
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。
代號：
34820
38520
頁次：
2
－
1
一、在下列之四個熱機(a)、(b)、(c)及(d)示意圖中，分別判定其為可逆熱機、
不可逆熱機或不可能發生之熱機，並闡述其理由。（20分）
二、理想空氣在活塞汽缸裝置（Piston-cylinder device）中進行等溫壓縮過程，
其起始壓力和體積分別為100 kPa和0.6 m3。在此過程中，有60 kJ的熱傳量
由此理想空氣向外界環境（溫度維持在25 ℃）流出。理想空氣的質量為1kg，
其定壓比熱為常數Cp0= 1.0035 kJ/kg·K，空氣氣體常數R= 0.287 kJ/kg·K，
請算出此過程結束時的體積和壓力，以及此過程中熵（Entropy）的變化量
並說明其來源。（25分）
三、以克拉珀龍方程式（Clapeyronequation）fg
sat fg
h
dP
dT Tv
，根據下表冷媒R-134
（氣體常數R=0.0815kJ/kg·K）在-40 ℃的飽和狀態數據來推算其在-42 ℃時
的飽和壓力。在上述方程式中，P為壓力，T為溫度，h為焓（Enthalpy），
v為比體積（Specific volume），下標sat代表為飽和狀態（Saturated state），
下標 f為飽和液態，下標g為飽和氣態。（25分）
溫度（T） 飽和壓力（Psat）νf（m3/kg）νg（m3/kg）hfg（kJ/kg）
-40 ℃ 51.25 kPa 0.00071 0.36064 225.86
代號：
34820
38520
頁次：
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四、有一以水為工作流體之再生循環如下圖所示，蒸氣離開鍋爐（Boiler）進
入渦輪機（Turbine）的狀態為4 MPa（P5）及400 °C（T5），經渦輪機之膨
脹過程至500 kPa時（P6），部分蒸氣會被抽離至飼水加熱器（Feedwater
heater, FWH）用來加熱飼水（Feedwater），在飼水加熱器的壓力為500 kPa，
而飼水離開飼水加熱器的狀態為壓力500 kPa的飽和水（Saturated water），
而在渦輪機中未被抽離的蒸氣會繼續膨脹至10 kPa（P7）。根據下表數據，
計算在渦輪機中被抽離加熱飼水蒸氣的比例以及整個循環的效率。假設
膨脹過程為等熵過程（Isentropic process），且工作流體流經鍋爐或冷凝器
（Condenser）的前後並未產生壓力變化。（30分）
P = 4 MPa, T= 400 °C
Superheated vapor h(kJ/kg) s(kJ/kg·K)
3213.6 6.7690
Saturated
Steam
νf
(m3/kg)
νg
(m3/kg) hf
(kJ/kg) hg
(kJ/kg) sf
(kJ/kg·K) sg
(kJ/kg·K)
P = 500 kPa 0.001093 0.3749 640.23 2748.7 1.8607 6.8213
P = 10 kPa 0.001010 14.67 191.83 2584.7 0.6493 8.1502
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4
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