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年公務人員特種考試外交領事人員外交行政人員考試、
101
年
公務人員特種考試國際經濟商務人員考試、
101
年公務人員特種考
試法務部調查局調查人員考試、
101
年公務人員特種考試國家安全
局國家安全情報人員考試、
101
年公務人員特種考試民航人員考
試、
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年公務人員特種考試經濟部專利商標審查人員考試試題
代號：
考 試 別： 專利商標審查人員
等 別： 三等考試
類 科 組： 機械工程
科 目： 熱工學
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
）
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一、卡諾循環（Carnot Cycle）為理想之熱力循環，其效率可視為實際循環熱效率的上限
值。考慮如下 P-V 圖中的 ABCDA 卡諾循環，回答下列問題：
請繪出其 T-S 圖，並說明循環的所有過程。（10 分）
當比熱比 k為常數時，若以理想氣體來進行卡諾循環，證明 D
C
A
B
V
V
V
V=。（10 分）
處在何狀況下的氣體，其行為接近理想氣體？（5分）
二、柴油引擎使用的基本原理為狄塞爾（Diesel）循環，其由活塞壓縮、柴油噴入氣化
點燃、活塞膨脹、廢熱排出等四個過程所組成。某貨車的動力系統是使用一壓縮比
為16、切斷比（cutoff ratio）為 2的狄塞爾循環柴油引擎，其壓縮過程入口的空氣
為95 kPa 及300 K。考慮比熱為常數，回答下列問題：
氣體動力循環分析中常用空氣標準假設（air standard assumptions），請解釋此假
設。（5分）
繪出狄塞爾循環 P-V 圖，並搭配圖說明各理想過程。（10 分）
使用空氣標準假設，求出柴油引擎在加熱結束後的溫度（K）及循環的熱效率（%）。
（10 分）
[空氣性質：氣體常數R＝0.287 kJ/kg‧K，等壓比熱Cp＝1.005 kJ/kg‧K，等容比
熱Cv＝0.718 kJ/kg‧K，比熱比k＝1.4]
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年公務人員特種考試外交領事人員外交行政人員考試、
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年
公務人員特種考試國際經濟商務人員考試、
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年公務人員特種考
試法務部調查局調查人員考試、
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年公務人員特種考試國家安全
局國家安全情報人員考試、
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年公務人員特種考試民航人員考
試、
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年公務人員特種考試經濟部專利商標審查人員考試試題
代號：
考 試 別： 專利商標審查人員
等 別： 三等考試
類 科 組： 機械工程
科 目： 熱工學
全一張
（
背面
）
80140
三、氦氣被用來作為一含再生器的布雷登（Brayton）循環氣渦輪機引擎的工作流體，此
引擎的壓力比（pressure ratio）為 8，壓縮機入口溫度為 300K，渦輪機的入口溫度
為1800 K，再生器有效度
ε
為75%，假設氦氣比熱為常數，回答下列問題：
請繪出此引擎的理想循環 T-S 圖，搭配圖說明各過程。（10 分）
實際循環中壓縮機及渦輪機的等熵效率皆為 80%時，使用空氣標準假設，求出壓
縮機及渦輪機各別出口溫度（K），以及所需的輸入熱量（kJ/kg）。（15 分）
[氦氣性質：等壓比熱Cp＝5.1926 kJ/kg‧K，比熱比k＝1.667]
四、
有一 2000 kW 之柴油引擎發電機，平時以 80%的速度運轉，當燃料進入柴油發電
機燃燒後一部分能量轉為發電用，另一部分以廢熱的形式排放至大氣中，其所排
放的廢熱，分別為引擎排放的廢氣 360℃，質量流率 16,000 kg/hr 和引擎的冷卻水
75℃，體積流率 75 CMH，假設廢氣入口溫度為 35℃，冷卻水入口溫度為 42℃，
試求柴油引擎產生之總功率（kw）及熱效率（%）。（10 分）
[廢氣Cp＝1.1 kJ/ kg‧K；水Cp＝4.18 kJ/ kg‧K，ρ＝982 kg/m3]
承上題，某一有機朗肯循環 ORC，採用工作流體 R245fa，其機體溫度控制在
108℃、壓力控制在 1.5 MPa，ORC 之熱效率可達到 16%，若將此系統裝置於上
述之柴油發電機，透過熱交換器進行廢熱回收發電，假設熱交換器之效率為 70%，
試求可回收多少功率之廢熱（kw），及可提升之柴油發電機效率（%）。（15 分）
R245fa 之壓力與焓性質圖