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熱力學與熱傳學
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102年 - 102 專技高考_冷凍空調工程技師:熱力學與熱傳學#36488
> 申論題
三、一半徑 r
i
的薄壁銅管,用來輸送溫度為 T
i
的低溫冷媒。周圍大氣溫度為 T
out
且 T
out
>T
i
,試問此薄壁銅管是否有存在一最佳絕熱厚度(熱傳率最小),其理由為 何?(25 分)
相關申論題
一、考慮一理想氣體經過一可逆多變過程(reversible polytropic process),且此一過程 為穩態穩流過程(steady-state steady-flow process),若省略動能及位能的變化,請 推導其功的表示式。再進一步考慮初始狀態相同的等熵壓縮過程和等溫壓縮過程, 為達到相同的最終壓力,試問那一個壓縮過程需要輸入較大的功,利用 P-v 圖繪出 此二過程(初始狀態相同,最終壓力相同)並標明其作功面積。(25 分)
#101273
二、利用乾濕球溫度計(Psychrometer)求得空氣濕度比(humidity ratio)的基本原理可 用一絕熱飽和過程(adiabatic saturation process)來描述。請說明其原理及基本假設, 列出質量平衡關係和能量平衡關係,並推導濕度比計算式,討論欲求得濕度比所需 知道的熱力性質。(25 分)
#101274
四、一商用立方體冰櫃,邊長 3 m;牆壁由外層 6.35 mm 厚碳鋼(熱傳導係數 64 W/m-K)、 中間 100 mm 厚絕熱材料(熱傳導係數 0.039 W/m-K)和內層 6.35 mm 厚鋁合金 板(熱傳導係數 173 W/m-K)所組成,三層材料間由黏膠相結合,兩層黏膠的熱阻 各為 2.5×10-4m2 K/W。如果冰櫃內外表面溫度分別保持在-6℃和 30℃,則冰櫃的穩 態制冷功率為多少?(25 分)
#101276
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
四、乾度為 0.9 之 7 bar 水蒸汽於汽缸中等溫可逆膨脹至 1.5 bar,於此過程饋入汽缸之熱量為 800 kJ/kg,請計算此過程輸入或輸出之功(kJ/kg) 。(10 分) 蒸汽 1.5 bar,飽和溫度為 111.4℃。蒸汽內能與焓分別以 u 及 h 表示,其下標 f 與 g 分別代表飽和液體與飽和汽體狀態。蒸汽 7 bar,uf = 696 kJ/kg, ug = 2573 kJ/kg,hf = 697 kJ/kg,hg = 2764 kJ/kg,其飽和溫度為 165℃。 過熱蒸汽於 7 bar 之內能與焓如下所示:
#557732
三、請於溫熵圖中繪製下圖所示之燃氣渦輪機熱力循環,並計算此燃氣渦輪機輸出功率及熱效率。燃氣定壓比熱為 1.1 kJ/(kgK),定壓與定容比熱之 比值為 1.4。(20 分)
#557731
二、空氣於 1 bar,40℃充滿於體積為 0.04 m3 之容器,於定容加熱至 4 bar後,定壓冷卻至原來之溫度。請計算其淨熱量(J)及熵(J/K)變化,並於溫熵圖中繪製這些過程。 (20 分)空氣定壓比熱與氣體常數分別為 1.005 kJ/(kgK)與 0.287 kJ/(kgK)
#557730
一、某充填管路中氧氣以壓力 8 bar、溫度 300 K 穩態流動,聯結一體積為 0.2 m3, 存有 1 bar、289 K 氧氣之容器。充填時氧氣緩緩流入絕熱條件之容器, 直至容器壓力達 5 bar 時將充填閥關閉,並以自然對流方式冷卻該容器至大氣溫度 289 K。氧氣之定容比熱、氣體常數分別為 917 J/(kgK)、 260 J/(kgK)。請計算該容器冷卻至大氣溫度時之壓力以及充填至容器中之氧氣質量。(15 分)
#557729
四、質量流率 2 kg/s 的水流經一直徑 40 mm 的圓管,水流動的狀態為完全發展的紊流,水由進口處的 25℃被加熱到 75℃,管壁表面溫度保持在 100℃,請問管長為何?(25 分)水的性質:Cp = 4181 J/kg⋅K, μ = 547 × 10-6 N⋅s/m2, k = 0.643 W/m⋅K, Pr = 3.56管內的對流熱傳係數可以由下式求得:Dittus-Boelter correlation:NuD= 0.023Re0.8D Pr0.4
#557297
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