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100年公務人員高等考試三級考試試題 代號：
類 科： 農業機械、機械工程、汽車工程
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。
（請接背面）
全一張
（
正面
）
34020、35320
35520
一、在一密閉系統內進行一個循環，由狀態 1 →狀態 2 →狀態 3 →狀態 1。現令Q為熱
（Heat），W為功（Work），E為總能量（Total energy）。已知1Q2＝30, 2Q3＝10,
1W2＝5, 3W1＝25, Δ3E1＝15，根據這些已知的數據來決定3Q1, 2W3, Δ1E2及Δ2E3。（
20 分）
二、有一理想渦輪噴射引擎，其結構示意圖如下所示：
假設燃油和空氣混合燃燒所產生的燃氣視為空氣，且其為理想氣體（Cp0＝1.0035 kJ/kg·K,
R為0.287 kJ/kg·K），並假設除了噴嘴出口速度（Ve）外，其他各處的速度及位能
均可忽略不計，根據下圖數據及上述條件，求出：
溫度T2 。（10 分）
燃油-空氣比（ f＝ ；fuel/air ratio）。假設燃油之燃燒熱為 44,000 kJ/kg-fuel。
（10 分）
噴嘴出口速度（Ve）。（10 分）
a
fmm •
•
kPa
)12
P
P
(
1
2=
0V
1
•
≈
三、一固定體積的容器中，壓力為 0.5 MPa，體積為 2 m3，其中液體水（Liquid water）
的體積為 0.5 m3，其餘體積則充滿水蒸氣（Va p o r ）。
此氣液混合物的乾度（Quality; X）為何？（10 分）
現此容器內部受熱至 450°C 且導致體積變化，但加熱過程中壓力維持不變，根據
下表數據計算出此容器最終體積（5分）及此過程所作的功。（10 分）
νf (kg/m3) νg (kg/m3)
Psat.=0.5MPa
(Tsat.=151.86°C) 0.001093 0.3749
ν (kg/m3)
T.=450°C, P = 0.5MPa
Superheated vapor 0.6641
100年公務人員高等考試三級考試試題 代號：
類 科： 農業機械、機械工程、汽車工程
科 目： 熱力學
全一張
（
背面
）
34020、35320
35520
四、現在的蒸氣發電廠主要以朗肯循環（Rankine Cycle）為主，其以水為工作流體，
包括有鍋爐（Boiler）、渦輪機（Turbine）、冷凝器（Condenser）、泵浦（Pump）
等之循環流程示意圖如下所示。現鍋爐受到 1800 kJ/kg的熱傳量，而渦輪機所產生
的功中的 60%用來去驅動泵浦，且工作流體流經鍋爐及冷凝器的前後並未產生壓力
變化。根據這些條件（含下圖及下表），求出進入渦輪機前蒸氣溫度（T3）及離開
渦輪機後的蒸氣乾度（X4）。（25 分）
Condenser
1
Turbine
=1800 KJ/kg
qin
output
adiabatic
adiabatic
Pump
0.1 MPa
saturated water(X
2
Boiler
W in
q in = 1800 kJ/kg
=5 MPa
=?
4
P3
T3
saturated
water (X
2=0)(X2 = 0)
Win W
Woutput
X4=?
X4 = ?
1=0)
(X = 0
1 )
Saturated
Steam
νf
(kg/m3)
νg
(kg/m3)
hf
(kJ/kg)
hg
(kJ/kg)
sf
(kJ/kg·K)
sg
(kJ/kg·K)
P=0.1kPa 0.001043 1.6940 417.46 2675.5 1.3026 7.3594
P= 5MPa 0.001286 0.03944 1154.23 2794.37 2.9202 5.9734
Superheated vapor
P = 5MPa, ν(kg/m3) h (kJ/kg) s (kJ/kg·K)
T=275K 0.04141 2838.3 6.0544
T=300K 0.04532 2924.5 6.2084
T=350K 0.05194 3068.4 6.4493
T=400K 0.05781 3195.7 6.6459