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103年公務人員特種考試關務人員考試、103年公務
人員特種考試身心障礙人員考試及103年國軍
上校以上軍官轉任公務人員考試試題 代號：10640
考 試 別： 關務人員考試
等 別： 三等考試
類 科： 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
）
※ 附註：除非特別標明，本試卷考題中，壓力(P)之單位為 kPa，氣體常數(R)之單位為
kPa．m3/kg．K，通用氣體常數(Ru) = 8.3 kJ/kmol．K，焓(h)之單位為 kJ/kg，
熵(s)之單位為 kJ/kg．K，總熵(S)之單位為 kJ/K，比熱值(c)之單位為 kJ/kg．K，
單位質量=1 kg。
一、TKX 公司為節能減碳，新採購一套二階段空調系統。該空調系統，在第一階段中，
將室外溫度為 5℃、濕度為百分之 15 的空氣先行加熱至 20℃後，再進入第二階
段，以蒸氣噴入方式提升濕度。最終進入室內的空氣溫度為 22℃，其濕度則達到百
分之 50，而整個過程中，其壓力值一直維持在 100 kPa。已知，空氣置換率為每小時
2700 m3，空氣等壓比熱值為 1.005 kJ/kg．K，氣體常數值為 0.287 kPa．m3/kg．K。水
在5℃、20℃與 22℃時的飽和壓力值與飽和蒸氣焓值分別為 0.8725 kPa、2.3392 kPa、
2.6786 kPa 與2510.1 kJ/kg、2537.4 kJ/kg、2541.0 kJ/kg。請問：
在第一階段中，每分鐘之熱傳遞量為何？（15 分）
在第二階段中，每小時所加入水的質量為何？（10 分）
二、SHG 研發中心擬進行實驗以提升渦輪機的效率。實驗中，將氦氣、氧氣與二氧化碳以
30：5：65 的質量比例進行混和，再將原本壓力值為 1200 kPa、溫度為 527℃的混合
氣體注入絕熱的渦輪機中，並使氣體穩定的膨脹；當氣體排出時，其壓力值降為
150 kPa，詳如下圖所示。已知，氣體膨脹過程中，渦輪的等熵效率值為 0.85；在室溫為
27℃時，氦氣、氧氣與二氧化碳的氣體常數值與等壓比熱值分別為 2.0769 kPa．m3/kg．K、
0.2598 kPa．m3/kg．K、0.1889 kPa．m3/kg．K與5.1926 kJ/kg．K、0.918 kJ/kg．K、
0.846 kJ / k g．K。請問：
單位質量的該混合氣體所輸出的功為何？（15 分）
過程前後，該混合氣體之熵值變化為何？（10 分）
入
出
功
氦氣、氧氣與二
氧化碳混合氣體
103年公務人員特種考試關務人員考試、103年公務
人員特種考試身心障礙人員考試及103年國軍
上校以上軍官轉任公務人員考試試題 代號：10640
考 試 別： 關務人員考試
等 別： 三等考試
類 科： 機械工程
科 目： 熱工學
全一張
（
背面
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三、XMD 所設計、跨距為 10 m 的橫式中空半圓筒型窯烤爐，專門用來加熱各式長形金
屬。其運作溫度為 800℃，操作方式是將被加熱物由烤爐左方進入、由右方移出，
移動速度為每小時 600 m。現欲加熱一直徑為 2 cm 的超長銅棒至 500℃。已知銅棒
初始表面溫度為 25℃，銅的密度為 8900 kg/m3，銅的等壓比熱值為 0.38 kJ/kg．K。
請問，該烤爐每秒對銅棒傳遞的熱量為何？（20 分）
四、YBF 蒸氣發電系統以理想狀態之郎肯循環（Rankine cycle）進行運作，詳如下圖所
示。已知，為蒸氣加熱的爐管之溫度維持在 627℃，系統週邊的空氣溫度為 27℃；
本循環的熱效率為 0.3，單位質量之蒸氣的熱能輸入量為 3000 kJ，請問，本循環中
單位質量之蒸氣的熱能輸出量為何？（10 分）
整體可用能毀滅值（exergy destruction）為何？（10 分）
第二定律效率（the second-law efficiency）為何？（10 分）
鍋爐
渦輪機
冷凝器
泵浦
熱能輸入
熱能輸出
功輸出=800 kJ/kg
功輸入=5 kJ/kg
100 kPa
sf=1.3028 kJ/kg．K
100 kPa
100 kPa
5 MPa 5MPa, 600℃
s=7.2605 kJ/kg．K
c
d e
f