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年公務人員高等考試三級考試試題 代號：36320
類 科： 核子工程
科 目： 工程熱力學
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
）
一、請以熱力學的觀點闡釋下列問題：
能量既然是守恆（不滅）的，為何會有能源問題？（6分）
能量顯然無法反映能源的消耗，有何性質是更好的衡量？（8分）
熱與溫度本身有關嗎？請舉一實例來佐證你的觀點。（5分）
二、請回答下列問題：
簡述熱力學第一定律。有何熱力學性質是由此定律導出？（3分）
簡述熱力學第二定律。有何熱力學性質是由此定律導出？（7分）
氣體在同一活塞-氣缸組合內膨脹，絕熱過程和等溫過程何者所作的功較多？為什
麼？（6分）
三、當流體膨脹流經多孔塞（或閥）到低壓區的過程，即為節流過程（throttling process）；
由於流體的焓幾乎維持在定值，因此，節流過程可用來量測焦耳湯姆孫係數（Joule-
Thomson coefficient）
h
Jp
T⎟
⎟
⎠
⎞
∂
∂
≡
μ
在節流過程中的某狀態， 0>
J
μ
，溫度是在上升或下降？（2分）
請推導 J
μ
與物質的定壓比熱 及
p
c
T
vp
−
−
性質的關係。（10 分）
一氣體的物態方程式為
RT
bvp
=
−
)( ，（b是正常數），在節流膨脹過程中，此氣
體的溫度是否有可能下降？（5分）
節流過程是否可降低理想氣體的溫度？為什麼？（5分）
在節流過程中，一理想氣體的壓力由 降為 ，請推導出熵的變化量。根據你的
結果，此過程是否可逆？（8分） 1
p2
p
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年公務人員高等考試三級考試試題 代號：36320
類 科： 核子工程
科 目： 工程熱力學
全一張
（
背面
）
KkJ/kg 1
四、圖示複循環是理想布累登循環（Brayton cycle）和理想郎肯循環（Rankine cycle）的
結合。燃氣輪機的廢熱經熱交換器傳遞給蒸氣循環。若忽略動能和位能，空氣可視
為理想氣體且
⋅
=
&
&
&
/
p
c，k=1.4。請計算：（每小題 5分，共 35 分）
Heate
r
Compresso
r
Gas T urbine
Condense
r
Pump
Stea
m
Turbine
123
4
5
K
300
bar1
1
1=
=
T
p
bar1
4
=
p
K
00
5bar1
5
5=
=
T
p
K
1550 bar14
3
2
3=
==
Tpp
ST
net
W
&
MW7
out =Q
&
GT
net
W
&
．
．
．
．
air
m
．
．
T2
T4
exchanger
Q
&
bar1
4
=
p
Brayton
gas turbine
cycle
MW60
=Q
&
Rankine
steam cycle
壓縮機出口溫度T。
2
布累登循環的空氣質量流率 。
air
m
&
燃氣輪機的出口溫度T。
4
布累登循環的淨動力輸出W。
GT
net
熱交換器的熱傳遞量Q。
exchanger
郎肯循環的淨動力輸出W。
ST
net
複循環的總熱效率。
［提示］理想氣體經可逆絕熱過程的關係式（kvp cc
=
固定）
constant/ constant, constant, /)1(1 === −
−
kkkk pTTvpv