高普考題庫
104 年 104年公務人員高等考試三級考試暨普通考試

熱力學

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本卷皆為申論題，點「看答案與解析」查看擬答。

申論 1有一絕熱之密閉容器被一鎖住之可導熱活塞分割成A 及B 兩部分，每一部分皆裝有空氣。A 部分之空氣壓力為200 kPa，溫度為300 K，體積為1 m3。B 部分之空氣壓力為1 MPa，溫度為1000 K，體積為1 m3。當活塞的鎖開啟後，活塞可自由地移動，且最終空氣達到一均勻溫度T=T，請問此狀態下：（每小題5 分，共10 分）AB㈠系統之溫度及壓力為何？㈡A 及B 部分之空氣質量各為何？（給予數據：空氣氣體常數0.287 kJ/kg·K，25°C 等壓比熱1.004 kJ/kg·K）
申論 2有一兩級壓縮機（two-stage compressor），將氮氣由20°C，150 kPa，經第一級壓縮機壓縮至600 kPa，450 K。然後氮氣流經一中間冷卻器（Inter-cooler），其溫度降至320 K 後，進入第二級壓縮機，將其壓力及溫度提升至3000 kPa 及530 K。（每小題10 分，共20 分）㈠請於T-S 圖上表示此壓縮過程，並指出與單級壓縮比較時可節省之壓縮功。㈡試求各級壓縮單位質量之可用能增量及可用能消滅量為何？（給予數據：氮氣氣體常數0.2968 kJ/kg·K，25°C 等壓比熱1.042 kJ/kg·K）
申論 3由玉米發酵生產乙醇過程中，所剩下的固體廢棄物以一連續爐乾燥之。此乾燥過程產生15 kg/s 的潮濕空氣，其壓力為1 atm，溫度為90°C，相對濕度為70%。此潮濕空氣中含有一些揮發性有機化合物和顆粒。為除去這些有機氣體和顆粒，將此潮濕空氣引入一熱氧化爐（Thermal Oxidizer）以天然氣燃燒加熱，使其溫度提升至800°C。試求：（每小題10 分，共20 分）㈠潮濕空氣中乾空氣及水蒸汽流量。㈡由天然氣燃燒所提供之熱量。（給予數據：空氣氣體常數0.287 kJ/kg·K，25°C 等壓比熱1.004 kJ/kg·K。水蒸汽90°C 飽和壓力：70.14 kPa。水蒸汽焓：90°C：2663 kJ/kg·K，800°C：4159 kJ/kg·K）
申論 4一汽油引擎在進氣口前具有小型增壓器（boost），因此引擎之進氣狀態為125 kPa，300 K。此引擎以米勒循環（Miller cycle）運轉。Miller cycle 為將Otto cycle 之單一等容排氣過程更改為一等容及一等壓過程之循環。若循環之壓縮比為9，膨脹比為12，最高溫度為2000 K，試求此循環之：（每小題5 分，共15 分）㈠最大壓力。㈡由燃燒獲得之熱量。㈢平均有效壓力（mean effective pressure, MEP）。請以標準冷空氣假設（cold air-standard assumption）計算性質之變化。（給予數據：空氣氣體常數0.287 kJ/kg·K，25°C 等壓比熱1.004 kJ/kg·K）104年公務人員高等考試三級考試試題 26320 全一張類 科： 農業機械、機械工程、汽車工程科 目： 熱力學
申論 5將碳氫燃料（hydrocarbon fuels）經由重組反應（reform reaction）獲得氫氣，為提供燃料電池所需燃料之一種方式。其中甲烷水蒸汽重組反應：CH+HO↔3H+CO為常見之重組產氫方式。以1 kmole CH 及1 kmole HO 進行重組反應，在800 K及100 kPa 進行重組反應時，產物為CH，HO，H 及CO 之混合物。請問：（每小題5 分，共15 分）㈠在平衡反應時各產物組成氣體之莫耳分率各為何？800 K 時反應平衡常數為K=0.0237。㈡如㈠，但反應壓力增為200 kPa 時，各產物組成氣體之莫耳分率各為何？㈢反應壓力提高對重組反應之影響為何？
申論 6㈠說明卡諾循環（熱機）及逆卡諾循環（冷凍機）以水蒸汽及R134a 冷媒為工作流體時遭遇之困難。（10 分）㈡如何移除或改善㈠中熱機及冷凍機遭遇之困難？（10 分）