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熱力學與熱傳學
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95年 - 95 專技高考_機械工程技師:熱力學與熱傳學(包括熱機)#49485
> 申論題
題組內容
一、
⑴試定義熱泵(heat pump)與其性能係數(coefficient of performance),並以示意 圖補助說明。(10 分)
相關申論題
⑵試定義冰箱(refrigerator)與其性能係數,並以示意圖補助說明。(10 分)
#174091
二、請分別寫出垂直平板自然對流(natural convection)問題與平板強制對流(forced convection)問題的二維統制方程式(governing equation)。並請說明解此二問題時 的基本差異。(20 分)
#174092
⑴試以熱力學第一定律與第二定律分別說明圖(a)、圖(b)在中間分隔膜被移走後的可 能變化過程。(10 分)
#174093
⑵圖(a)中 1 kmol 的 O2 與 2 kmol 的 N2 其溫度與壓力皆為 298 K 與 1 atm,當圖 中間分隔膜被移走後,你被要求計算伴隨此混合過程的 entropy ,並從計算結果 說明此一過程為可逆或不可逆或者兩者皆可。(20 分)
#174094
四、試推導熱交換器之對數平均溫差(log mean temperature difference)公式。(15 分)
#174096
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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