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熱力學與熱傳學
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107年 - 107 專技高考_冷凍空調工程技師:熱力學與熱傳學#72897
> 申論題
四、膜狀冷凝(film condensation)與滴狀冷凝(dropwise condensation)的差 別為何?那一種的熱傳較有效?(10 分)
相關申論題
一、0.6 kg的氬(Argon;分子量 39.94 kg/kmol)氣被裝在下圖的氣缸-活塞 中,起先氬氣的溫度為 25℃、壓力為 100 kPa,活塞停在氣缸壁的檔塊 上,大氣壓力和活塞重量形成總共 400 kPa 的壓力。求為使氬氣能頂起 活塞所需熱傳給氬氣的能量。使用理想氣體模式,且假設氣缸壁和活塞 間沒有摩擦力,已知通用氣體常數為= ⋅ 8.314 kJ/( km 。(25 分)
#296650
二、想要用泵浦(pump)把水打到比水管入口高 6 m 處的出口,且出口的壓 力為 5 bar,體積流率為每分鐘 0.7 m3 。假設水在水管入口的壓力為 1 bar、 比容為 ,當地的重力加速度為 9.8 2 m/s ,且泵浦穩 定的運轉,請問此泵浦的功率至少要有多少千瓦(kilowatt)?(25 分)
#296651
⑴考慮熱傳導及熱輻射,分別求出平行平板間的傳導熱傳率及輻射熱傳 率,以及總熱傳率。(15 分)
#296652
⑵請問平板間實際的總熱傳率會比在⑴求出的總熱傳率大或小?說明 其原因。(5 分)
#296653
五、平均溫度 80℃的水以平均流速 0.4 m/s流經一鋼管內,鋼管外表面吹過 流速 3 m/s,溫度 20℃的空氣,方向與水的流向垂直。鋼管內直徑為 Di =0.038 m,外直徑為Do =0.048 m,熱導傳率為k = 50W(m⋅ 5 K) ,假 設鋼管內的水流為完全發展流,已知鋼管內的對流熱傳係數為⋅ 。鋼管外表面的紐塞數(Nu)可以用對流熱傳關聯 式表示為 ,其中Re為雷諾數,Pr 為普朗 特數。空氣的運動黏滯率為 ,熱導傳率為 k = 0.0281 W/(m K) ⋅ ,Pr = 0.703。以鋼管外表面為基礎,求此過程的總 包(overall)熱傳係數及單位管長的熱損失(heat loss)。(20 分)
#296655
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
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