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熱力學與熱傳學
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97年 - 97 專技高考_機械工程技師：熱力學與熱傳學（包括熱機）#49124
科目：
熱力學與熱傳學 |
年份：
97年 |
選擇題數：
0 |
申論題數：
11
試卷資訊
所屬科目：
熱力學與熱傳學
選擇題 (0)
申論題 (11)
一、希氏管（Hilsch tube）是一個圓筒容器裝置，穩態流動之流體從切線角度流入，藉 由渦流以及流體內之剪力效應，使流體分離成相對低壓之冷、熱二道流體。假設流 體為空氣（氣體常數 R = 0.287 kJ/kg K），比熱 C
p
= 1.005 kJ/kg K，入口空氣壓力 P
1
= 1 MPa，溫度 T
1
= 300 K，流量 m
1
= 1 kg/s。出口流體壓力 P
2
= P
3
= 10
5
Pa，冷 流空氣之流量
= 0.1 kg/s。假設容器壁面為絕熱、流體之動能和位能之改變量可被 忽略下，設計工程師聲稱熱流空氣之溫度可達 T
3
= 313 K，請分析判斷是否可能。 （20 分）
⑴每一 壓縮機對每單位質量之工作流體所做的功，與
⑵整個過程的熵（s）增加量，另外， 請在 T-s 座標圖上繪出完整的過程。（20 分）
⑴針對簡單可壓縮物質，試證內能（u）的變異量與比熱（C
v
）、壓力（P）、溫度（T）、 容積（v）之關係可表示如下：du = C
v
dT + [
]dv。（8 分）
⑵有一氣體其狀態方程式為 Pv = (1+AP/T)RT，A 和 R 是常數。當此物質由狀態 變化至狀態時，試求此一過程中焓（h）的改變量。（7 分）
⑴一家化學工廠以流量 m 持續排出高溫廢氣，廢氣溫度和壓力分別是 T
H
和 P
0
，工 廠周遭之大氣溫度和壓力是 T
0
和 P
0
。假設廢氣可視為理想氣體，氣體常數 R 和 比熱 C
v
均為定值。如果廢氣以熱傳方式將能量釋放至大氣中，請計算廢氣溫度 要降至 T
0
時所需熱傳量以及冷卻過程中的熵增加量。（7 分）
⑵一種可能的能源回收方式就是裝置一座熱機（heat engine），在廢氣和大氣之間 運轉，請計算在此情況下可輸出的最大功率以及傳至大氣中之熱傳量。（8 分）
⑴說明葛拉秀夫數（Grashof number）與必爾特數（Biot number）的定義及物理重 要性。（6 分）
⑵何謂塊狀熱容分析（lumped capacitance method）？什麼條件下適用？（5 分）
⑶兩塊具有共同邊的垂直黑色平板，共同邊的長度可視為無限長，兩塊平板之寬度均 為 0.5 m，一板溫度維持在 1000 K，另一板則維持在 350 K。不考慮周遭環境之 影響，試求兩平板間之淨輻射熱傳量。史蒂芬－波次曼常數 = 5.669✕10
-8
W/m
2
K
4
。 （9 分）
六、一具反向流熱交換器（counter-flow heat exchanger）利用原動力廠（power plant）排 放之高溫廢氣來加熱、提升新鮮空氣之溫度。下標 h 表排放之廢氣、c 表新鮮空氣。 廢氣與空氣之比熱值為 C
Ph
= C
Pc
= 1 kJ/kg K、流量為
、熱對流係數 為 h
h
= h
c
= 150 W/m
2
K。廢氣進入熱交換器的溫度為 425°C，新鮮空氣之入口和出 口溫度分別是 25°C 和 210°C。試計算熱交換器之面積。（10 分）
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= 0.1 kg/s。假設容器壁面為絕熱、流體之動能和位能之改變量可被
忽略下，設計工程師聲稱熱流空氣之溫度可達 T3 = 313 K，請分析判斷是否可能。
（20 分）
]dv。（8 分）
、熱對流係數
為 hh = hc = 150 W/m2 K。廢氣進入熱交換器的溫度為 425°C，新鮮空氣之入口和出
口溫度分別是 25°C 和 210°C。試計算熱交換器之面積。（10 分）