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110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：
34520
38020
頁次：
2
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1
一、風力發電係將部分風能轉換為軸功，帶動發電機發電。
（每小題 10 分，共 20 分）
說明氣溫、風速及風機轉子直徑如何影響輸出軸功之大小。
有一風力發電機其轉子直徑為 20 m，並將 40%之風能轉換為軸功。在
風速為 35 km/h，氣壓為 100 kPa，氣溫為 20°C 時，軸功及風機下游
風速為何？
二、有一四衝程汽油引擎，其壓縮比為 10，缸數為 4，總排氣量為 2300 cc。
進氣條件為 280 K，70 kPa，轉速為 2100 rpm，燃料燃燒供應之熱量為
1800 kJ/kg。在冷空氣及引擎以理想Otto 循環運轉假設下，試求此引擎之：
平均有效壓力（5分）
循環最高溫度（5分）
輸出功率（10 分）
參考數據：空氣比熱比=1.4，等容比熱=0.717 kJ/kgK。
三、燃氣發電之燃料為天然氣。有一天然氣，經分析其組成以體積百分比表
示為 80.62% CH4、5.41% C2H6、1.87% C3H8、1.6% C4H10、10.5% N2。若
此天然氣與空氣燃燒後，乾產物分析以體積百分比表示為 7.8% CO2、
0.2% CO、7% O2，以及 85% N2。試求：
此燃燒之莫耳空燃比（10 分）
以100 m3、300 K，及 100 kPa 之天然氣燃燒，燃燒產物之總莫耳數為
何？（5分）
理論空氣量為何？（5分）
代號：
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四、一穩態運轉之電動馬達，輸入電流及電壓分別為 10 安培及 220 伏特，轉
速為 1000rpm，轉軸輸出扭矩 16N·m 至負載。運轉時馬達之發熱排至外
界，散熱量可表為 Q=hA(Tb-T0)，其中，h=對流熱傳係數=100W/m2K，A=
馬達表面積=0.195 m2，Tb=馬達表面溫度，T0=環境溫度=20°C。試求：（每
小題 5分，共 20 分）
Tb
馬達熵改變量
環境熵改變量
此馬達運轉狀態為可能嗎？
五、一太陽熱能發電系統如圖所示，太陽輻射能量為 0.315 kW/m2。太陽能
板吸收之太陽熱能提供給一溫度維持為定溫 220°C 之儲能裝置。一動力
循環由儲能裝置供應熱能，排熱至溫度為 50°C 之熱源，並產生 0.5 MW
之電能。環境之溫度為 20°C。假設此動力循環為穩態操作，儲能裝置太
陽熱能吸收效率為 0.75，試求：
所需之最小太陽能板面積（5分）
儲能裝置提供之可用能（5分）
動力循環之熱力學第二定律效率（second-law efficiency）（10 分）