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熱力學與熱傳學
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106年 - 106 專技高考_機械工程技師:熱力學與熱傳學(包括熱機)#66444
> 申論題
三、⑴請畫 Stirling 循環的 T-s 圖和 p-V 圖。(10 分)
相關申論題
二、一個剛性絕熱容器被一個閥分成相等容積的兩部分,起先閥的一邊是真空,另 一邊裝有 0.25 kmol 的氦氣(helium),其溫度為 38℃、壓力為 0.35 MPa,接著 閥被打開,氦氣膨脹至整個容器,最終達到平衡狀態。已知通用氣體常數為 R = 8.314 kJ/(kmol⋅K)。請使用理想氣體模式求此過程的熵產生,並說明產生熵的原 因為何?(20 分)
#266478
⑵卡諾(Carnot)循環的熱效率大於 Stirling 循環的熱效率嗎?請說明原因。(10 分)
#266484
四、請寫出 Clapeyron 方程式,並說明它的用途。(10 分)
#266480
⑴冰箱門外表面上的對流熱傳可假設為自然對流熱傳,其平均 Nusselt 數是那些無因 次參數的函數?請寫出這些無因次參數的定義,並分別說明其物理意義。(15 分)
#266481
⑵冰箱門中(內、外表面之間)的隔熱材料的厚度表示為 τ,其熱傳導率為 κi,假設 冰箱門中的熱傳導只需要考慮隔熱材料中沿垂直內、外表面方向的穩態一維熱傳 導,請寫出計算冰箱門的外表面溫度(To)所需的能量方程式。(10 分)
#266482
六、有效度-傳遞單位數法(effectiveness-NTU method,其中 NTU 為 number of transfer units)為一種常用的熱交換器分析方法,請寫出有效度的定義,它是那兩個主要參數 的函數?(10 分)
#266483
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
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