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110年 - 110 公務升官等考試_薦任_機械工程：熱工學#103661

科目：熱工學 | 年份：110年 | 選擇題數：0 | 申論題數：5

試卷資訊

所屬科目：熱工學

選擇題 (0)

申論題 (5)

一、TL/TK 公司擬設計在絕熱狀態下，各種同/異類氣體於不同混合速度時， 其過程的淨熵變化量之實驗，而所有測試數據將被傳輸至資料庫以便進 行大數據分析。目前系列實驗中使用之氣體為空氣，室溫則為 20℃。室 溫氣體經 10 MPa 的管線流入本已有 100 kPa 的室溫氣體之 250 公升的 剛性槽。整個混合過程非常迅速即完成，且過程基本上是處於絕熱狀態。 當槽內壓力到達 P2 時，節流閥將關閉。此槽最終將冷卻至室溫，而此時 槽內壓力將為 5 MPa。請問整個過程的淨熵變化量為何？（20 分）

二、T&T 實驗室擬統計各種氣體於不同狀態下，相互摻混後的最終溫度與壓 力之數據。而實驗設計則為使用一個被硬板隔成 A、B 兩個空間的堅固 絕熱槽，當實驗開始時，便抽離硬板，氣體隨即相互混合。設定，空間 A 體積為 0.3 立方公尺，裝有 300 kPa、300 K 的理想氣體；空間 B 體積 為 1.2 立方公尺，裝有 600 kPa、1000 K 的相同氣體；而該氣體的特性如 下表所示。試求此絕熱槽之最終壓力。（20 分）
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三、TSK 設計工作室擬開發一系列新款熱泵，期望其效率可以幾乎達到理想 運作狀態，亦即卡諾熱泵（Carnot heat pump） 。假設該系列熱泵擬將 8 MW 的熱，自 70℃的原始環境傳送至 140℃之操作環境中，請問欲達到此效 果，最少須輸入多少功率（MW）？（20 分）
四、YRK 封裝廠於關鍵製程中需使用某特殊氣體，且此氣體除了不能作呼吸 用之外，其氣體特性與空氣完全一樣。廠內用以儲存此氣體之容器為一 具容量為 2.0 立方公尺且質量為 100 公斤的剛性不鏽鋼儲槽，目前儲存 壓力為 500 kPa，且不鏽鋼槽與其內氣體溫度均為 15℃。當此不鏽鋼槽 與壓力和溫度分別為 2.5 MPa 和 15℃的氣體打氣管連接後，閥門開啟， 氣體即開始注入不鏽鋼槽中，直到槽內壓力達 2.0 MPa 時，便將閥門關 閉。假設空氣與槽的溫度一直都相同，而其最終溫度為 35℃。已知熱傳 遞量為 1150 kJ 且不鏽鋼的比熱值小於空氣的比熱值，請試求該不鏽鋼 儲槽之比熱值。（20 分）
五、KSY 公司擬使用一款可輸入 3 kW 的熱泵作為特種孢菌類養殖場控溫之 用，此設備可使培養室維持等溫在 35℃。已知，菇類養殖場會流失 15 kW 至室外溫度為 15℃之周圍環境中。請問熱泵的熵產生率是熱能流失過程 的熵產生率的幾倍？（20 分）