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熱工學
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110年 - 110 公務升官等考試_薦任_機械工程：熱工學#103661
> 申論題
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）
相關申論題
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）
#438215
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）
#438216
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）
#438217
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）
#438218
四、空氣進入一噴嘴，入口溫度 600 K、壓力 160 kPa、速度 50 m/s，出口壓力為 100 kPa。此噴嘴之等熵效率（isentropic efficiency）為 70%，求1.出口速度，2.出口溫度。（空氣之比熱 cp = 1.051 kJ/kg●K，比熱比 k = 1.376）（25 分）
#555837
三、一空氣標準狄則耳循環（Diesel cycle）之壓縮比為 20，壓縮前壓力 100 kPa、溫度為 300 K，吸熱過程後之溫度為 1800 K。假設比熱固定，cp = 1.005 kJ/kg●K，cv = 0.718 kJ/kg●K，求停氣比（cutoff ratio）、循環熱效率。（25 分）
#555836
二、某氣渦輪機使用二段等熵壓縮機，二段的壓力比相同，空氣為工作流體。空氣進入壓縮機時壓力 100 kPa、溫度 300 K，空氣離開壓縮機時壓力為 700 kPa。為使消耗功降低，在二段中間將空氣冷卻至 300 K，若空氣之流量為 0.1 kg/s，則此壓縮機需消耗多少功？假設比熱固定，cp = 1.005 kJ/kg●K， R = 0.287 kJ/kg●K。（25 分）
#555835
(二)若氣體壓力高，需考慮真實氣體效應。請說明任意兩種獲得真實氣體溫度、壓力、體積的方法。（15 分）
#555834
(一)當壓力很低時，氣體行為趨近理想氣體。如何判斷氣體的壓力夠低，可以使用理想氣體方程式？（10 分）
#555833
(四)何謂絕熱火焰溫度？如何調整？
#538441
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