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熱工學
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107年 - 107 關務特種考試_三等_機械工程:熱工學#69076
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題組內容
一、利用 T-s 圖,分別繪出卡諾循環(Carnot Cycle)和理想朗肯循環(Ideal Rankine Cycle), 說明組成各循環的熱力過程,並回答下列問題:
⑶使用超臨界鍋爐(Supercritical Boiler)或超超臨界鍋爐(Ultra-Supercritical Boiler) 的朗肯循環為何比較節能,且能減少二氧化碳排放?請說明原因。(5 分)
相關申論題
⑴比較上述兩個熱力循環,何者熱效率高?請說明原因。(10 分)
#278120
⑵提出兩種方法來提升理想朗肯循環的熱效率,請利用 T-s 圖來說明熱效率增加的原 因。(10 分)
#278121
二、考慮一理想鄂圖循環(Ideal Otto Cycle),以空氣為工作介質,若已知壓縮過程的起 始溫度(T1)、壓力(P1)和比容(v1),以及入熱量(qin)和壓縮比(r, Compression Ratio), 請繪出 T-s 圖,並推導出此一循環的最高溫度和壓力的計算式。假設空氣為理想氣體, 其相關常數分別可表為 Cpo,Cvo,R,k。(25 分)
#278123
三、考慮一理想布雷登循環(Ideal Brayton Cycle),以空氣為工作介質,此一循環的最高 溫度和最低溫度分別為 1300 K 和 300 K,壓縮機和渦輪機效率分別為 83%和 87%, 壓力比(Pressure Ratio)為 10。請計算此一循環的渦輪機出口溫度、淨輸出功和熱 效率。假設空氣為理想氣體, Cpo = 1.005 kJ/kg K , Cvo = 0.718 kJ/kg K , R = 0.287 kJ/kg K,k = 1.4。(25 分)
#278124
四、天然瓦斯(組成包含 72%甲烷、9%氫氣、14%氮氣、2%氧氣和 3%二氧化碳)和空 氣(相對濕度 80%)在 20℃,1 大氣壓狀態下,以化學計量比(Stoichiometric Ratio) 混合燃燒。維持 1 大氣壓完全燃燒後,請計算燃燒產物中的水蒸氣分壓。已知 20℃ 水的飽和蒸氣壓為 2.339 kPa。(25 分)
#278125
四、空氣進入一噴嘴,入口溫度 600 K、壓力 160 kPa、速度 50 m/s,出口壓力為 100 kPa。此噴嘴之等熵效率(isentropic efficiency)為 70%,求1.出口速度,2.出口溫度。(空氣之比熱 cp = 1.051 kJ/kg●K,比熱比 k = 1.376)(25 分)
#555837
三、一空氣標準狄則耳循環(Diesel cycle)之壓縮比為 20,壓縮前壓力 100 kPa、溫度為 300 K,吸熱過程後之溫度為 1800 K。假設比熱固定,cp = 1.005 kJ/kg●K,cv = 0.718 kJ/kg●K,求停氣比(cutoff ratio)、循環熱效率。(25 分)
#555836
二、某氣渦輪機使用二段等熵壓縮機,二段的壓力比相同,空氣為工作流體。空氣進入壓縮機時壓力 100 kPa、溫度 300 K,空氣離開壓縮機時壓力為 700 kPa。為使消耗功降低,在二段中間將空氣冷卻至 300 K,若空氣之流量為 0.1 kg/s,則此壓縮機需消耗多少功?假設比熱固定,cp = 1.005 kJ/kg●K, R = 0.287 kJ/kg●K。(25 分)
#555835
(二)若氣體壓力高,需考慮真實氣體效應。請說明任意兩種獲得真實氣體溫度、壓力、體積的方法。(15 分)
#555834
(一)當壓力很低時,氣體行為趨近理想氣體。如何判斷氣體的壓力夠低,可以使用理想氣體方程式?(10 分)
#555833
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