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熱力學與熱傳學
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98年 - 98 專技高考_冷凍空調工程技師:熱力學與熱傳學#37386
> 申論題
題組內容
二、一個逆向流同心管式熱交換器,採用熱油將水由 20℃加熱至 80℃,所供應的熱油 在內外管之間的環狀區流動,其入、出口溫度分別為 160℃與 140℃。假設薄壁內 管的直徑為Di=20 mm,總熱傳遞係數為 500 W/m2 ·K,熱交換器設計之條件必須達 到總熱傳遞率為 3000 W。(20 分)
⑴試問熱交換器的長度為若干?
相關申論題
一、一直徑 100 mm且未經絕熱之薄壁管,用來輸送冷卻水到一室外的設備。在一個特 別嚴寒的日子裡,管外壁的溫度為-15℃且管內表面上有一層冰凝結,假設管內水的 平均溫度為 3℃,冰的內表面對流係數h為 2000 W/m2 ·K且溫度為 0℃(此時冰的熱 傳導係數k≒1.94 W/m·K),試求冰層的厚度?(20 分)
#106687
⑵經過 3 年的操作後,由於熱交換器水側積垢的影響而使性質逐漸降低,在相同的流 率與入口溫度狀況下,水的出口溫度僅為 65℃。請問在上列描述的狀況下,對應的 熱傳遞率、熱油出口溫度、總熱傳遞係數以及水側之積垢因數R" f,c之值各為若干?
#106689
⑴若冬天室外溫度為 0℃,問驅動熱泵所需之最小功率為何?
#106690
⑵若輸入功率與⑴部分中相同,問室內溫度可保持 20℃之最大室外夏季溫度為何?
#106691
四、一熱絕緣圓柱體兩端密封,內有一無摩擦導熱的活塞,將此圓柱體分為兩部分,最 初活塞被鎖定在中間,其一邊的空氣體積 1 公升,300 K,壓力 2 atm,另一邊的體 積 1 公升,溫度 300 K,壓力 1 atm,現將鎖移開後,活塞被鬆弛到一新位置,而其 兩邊壓力與溫度達到平衡。試計算最後的壓力、溫度和全部熵的變化,發生什麼不 可逆過程?假設空氣為理想氣體。(20 分)
#106692
⑴試計算完成一循環氣體引擎所作之功。
#106693
⑵指出此一循環的每一過程進入或流出氣體引擎的熱量,試計算完成一循環流入氣 體內的熱量(假設定壓比熱和定容比熱均為常數)。 V1 V2 P1
#106694
⑶求氣體引擎的循環效率。 P2 上述各問題之解以P1, P2, V1, V2或k(=CP/CV)表示之。
#106695
六、某板式熱交換器採用熱傳強化技術,分別提升其高溫側與低溫側水流之熱對流係數至 Dittus-Boelter 公式值之 2.2 倍與 1.5 倍。此熱交換器高溫側與低溫側流道之水利直徑(Hydraulic diameter)均為 300 mm,板材之熱導率為 15 Wm-1K-1、厚度為 5 mm、面積為 1.5 m2。當其高溫側與低溫側之水溫分別為 80℃與 40℃時,對應高溫水與低溫水之普朗特數(Prandtl number, Pr) 分別為 2.2 與 4.3。若高溫與低溫水流之雷諾數 (Re) 分別為 50000 與 25000, 請計算此板式熱交換器傳遞之熱傳功率(W) 。(10 分)Dittus-Boelter 公式:Nu = 0.023×Re0.8Prn,壁溫高於水溫時,n=0.4,壁溫 低於水溫時,n=0.3,高溫與低溫水之導熱率均為 0.65 Wm-1K-1。
#557734
五、某直徑為 5 cm、密度 8960 kgm-3、比熱 386 Jkg-1K-1、熱導率為 400 Wm-1K-1 之銅球處於熱力平衡狀態,溫度為 450℃,將此銅球投入溫度為 50℃之油池,其降溫期間銅球表面之自然對流係數維持於 15 Wm-2K-1,請計算此銅球溫度降至 100℃所需之時間。 (25 分)
#557733
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