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102年特種考試地方政府公務人員考試試題 代號：33870
等 別： 三等考試
類 科： 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。
（請接背面）
全一張
（
正面
）
一、於 1.0 MPa、300ºC 下水蒸氣以 150 m/s 進入一絕熱噴嘴，該水蒸氣離開噴嘴時壓力
為0.2 MPa，速度為 750 m/s。請問出口水蒸氣溫度為何？（15 分）
Superheated water for P=1.0 MPa (179.91°C) Superheated water for P=0.2 MPa (120.23°C)
T,
°C v,
m3/kg u,
kJ/kg h,
kJ/kg s,
kJ/kg⋅K T,
°C v,
m3/kg u,
kJ/kg h,
kJ/kg s,
kJ/kg⋅K
Sat. 0.19444 2583.6 2778.1 6.5865 Sat. 0.8857 2529.5 2706.7 7.1272
200 0.2060 2621.9 2827.9 6.6940 150 0.9596 2576.9 2768.8 7.2795
250 0.2327 2709.9 2942.6 6.9247 200 1.0803 2654.4 2870.5 7.5066
300 0.2579 2793.2 3051.2 7.1229 250 1.1988 2731.2 2971.0 7.7086
350 0.2825 2875.2 3157.7 7.3011 300 1.3162 2808.6 3071.8 7.8926
400 0.3066 2957.3 3263.9 7.4651 400 1.5493 2966.7 3276.6 8.2218
二、空氣以 100 kPa、27ºC 狀態進入一 800-W 的吹風機，離開時為 52ºC。吹風機可假設
為平行管道（duct），並嵌入一電阻發熱器，管中有一小風扇將風吸入管道，空氣
於經過電阻發熱器時被加熱。管道出口截面積為 60 cm2，忽略風扇所消耗功率與壁
面之熱損失。請計算：
空氣進口之體積流率（volume flow rate）。（10 分）
空氣出口速度。（10 分）
註：空氣之氣體常數（gas constant）為 0.287 kPa⋅m3/kg⋅K。空氣於室溫之定壓比熱
（constant pressure specifi c heat）cp=1.005 kJ/kg⋅K。
三、5kg空氣於汽缸活塞系統中由 100 kPa、27ºC壓縮至 1MPa，過程為可逆等溫（reversible
isothermal）。請決定：
系統中空氣熵之總變化量為何？（10 分）
系統之功的總量為何？請標明為輸入或輸出。（10 分）
註：空氣之氣體常數為 0.287 kPa⋅m3/kg⋅K。
四、考慮一使用氦氣（Helium）為工作流體之標準布雷登循環（Brayton cycle），系統
壓縮機入口氣體壓力為 90 kPa，氣體壓縮比為 16，系統最高與最低溫度分別為
827ºC 及17ºC。若氦氣質量流率為 10 kg/s，試求此循環之：
熱輸入量（kJ/kg）。（10 分）
最大輸出功率（MW）。（10 分）
系統熱效率（%）。（5分）
註：氦氣之氣體常數為 2.0769 kJ/kg⋅K，定壓比熱與定容比熱可視為常數，其值分
別為 5.1926 kJ/kg⋅K與3.1156 kJ/kg⋅K。
102年特種考試地方政府公務人員考試試題 代號：33870
等 別： 三等考試
類 科： 機械工程
科 目： 熱力學
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背面
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五、一卡諾熱泵浦（Carnot heat pump）之 COP 為7.5，該熱泵浦消耗 5.6 kW 之功率以
維持空間於 24ºC。請決定：
該熱泵浦自何溫度吸收熱量（ºC）？（10 分）
該熱泵浦之熱負荷。（10 分）