申論 1下圖所示為一Rankine Cycle 的示意圖。㈠請繪T-S 圖，於圖中標示Rankine Cycle 的路徑及各狀態（state）。（5 分）㈡此Rankine Cycle 的熱效率。（5 分）㈢請說明Rankine Cycle 加入Feedwater Heater 的主要目的為何？請簡略說明其原理為何？（5 分）㈣請說明加入Feedwater Heater 有何不利的影響？（5 分）㈤水流經Boiler 時，exergy 的改變及Turbine 的Exergy Destruction。（5 分）㈥以水流經鍋爐時exergy 增加量為計算基準之Second Law Efficiency。（5 分）假設環境溫度為300 K，壓力為1 bar。TurbineBoilerClosedPumpCondenserFWHTrapstate P（kPa） T（℃） h（kJ/kg） s（kJ/kg K）v（m3/kg）1 12,000 520 3,401.80 6.5555 －2 1,000 179.9 2,827.91 6.6940 －3 60 36.16 2,156.65 7.0028 －4 60 36.16 151.53 0.5210 1.0064×10-35 12,000 ？ ？ － －6 12,000 170 731.70 2.0419 －7 1,000 179.9 762.81 2.1387 1.1273×10-3類 科： 核子工程科 目： 工程熱力學
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申論 2請以簡圖畫出下列之循環，請於圖中標示組件的名稱。㈠Brayton Cycle（5 分）㈡Combined Power Cycle（5 分）㈢Binary vapor power Cycle（5 分）㈣Vapor-compression refrigeration Cycle（5 分）
申論 3建在海邊利用Rankine cycle 發電的電廠在夏天還是冬天時熱污染較嚴重？為什麼？（10 分）
申論 4您在一個機械設計公司上班，您的上司提供了下面三項設計，請您擇一進行改善，改善的目標為提高能源使用的效率，您的改善成果將是你績效與加薪的重要參考，請問您會選擇那一個設計進行改善？為什麼？（20 分）㈠操作於800 K 及300 K 間的熱機（Heat Engine），自高溫區吸收100kJ 的熱能，排放50kJ 的熱能到低溫區。㈡操作於-3°C 及37°C 間的冷凍機（Refrigerator），輸入功為50kJ，排放100kJ 的熱能到高溫區。㈢操作於-23°C 與27°C 間的熱泵（Heat Pump），自低溫區吸熱100kJ，排放150kJ的熱能到高溫區。
申論 5Brayton Cycle 的4 個程序為等熵壓縮、等壓加熱、等熵膨脹、等壓排熱。一個發電用的Brayton Cycle，其壓力比為10。壓縮機（Compressor）的進口溫度為300 K，進口壓力為1 bar。燃燒器（Combustion Chamber）的加熱總量為650 kJ/kg。假設壓縮機的Isentropic Efficiency 為80%，渦輪機（Turbine）的Isentropic Efficiency 為85%，請計算：㈠壓縮機與渦輪機出口溫度與壓力。（5 分）㈡Brayton Cycle 的淨輸出功。（5 分）㈢以流經燃燒器之空氣Exergy 改變為基準的Second Law Efficiency。（5 分）㈣如果在系統中加入一效率（Effectiveness）為90%的Regenerator，請問可以節省多少能量。（5 分）（可假設空氣的specific heat 為常數，空氣的Cp = 1.005 kJ/kg K，Gas Constant R =0.287 kJ/kg K，等熵過程：PvK = constant）