1.熱力學與熱機學 2.流體力學與流體機械 第 1 頁，共 3 頁
經濟部所屬事業機構 110 年新進職員甄試試題
類 別 : 機 械 節 次 : 第 三 節 科 目 : 1 . 熱 力 學 與 熱 機 學 2 . 流 體 力 學 與 流 體 機 械
注 意 事 項
1.本試題共 3 頁(A3 紙 1 張)。
2.可使用本甄試簡章規定之電子計算器。
3.本試題分 6 大題，每題配分於題目後標明，共 100 分。須用黑色或藍色原子筆或鋼筆在 答案卷指定範圍內作答，不提供額外之答案卷，作答時須詳列解答過程，於本試題或其 他紙張作答者不予計分。
4.本試題採雙面印刷，請注意正、背面試題。
5.考試結束前離場者，試題須隨答案卷繳回，俟本節考試結束後，始得至原試場或適當處 所索取。
6.考試時間：120 分鐘。
一、 一座以空氣為工作流體且操作基於封閉式布雷登循環(Brayton Cycle)之動力廠，其空氣 壓縮機之壓縮比為 11，入口空氣溫度為 300 oK，輸入於循環之總熱量為 620 kJ/kg；
若 該 循 環 之 壓 縮 機 等 熵 效 率(Isentropic Efficiency)為 80 %， 渦 輪 機 等 熵 效 率 (Isentropic Efficiency)為 85 %，假設循環過程中之空氣狀態皆為理想氣體(Ideal Gas)且比 熱為常數(CP = 1.005 kJ/kg・oK，k = 1.4)，壓縮機及渦輪機絕熱且忽略進出口之動、位能 變化下，請計算下列各項(計算至小數點後第 1 位，以下四捨五入)。（共 4 題，共 25 分）
(一)此循環中，壓縮機出口空氣溫度為多少oK？（5 分）
(二)此循環中，渦輪機出口空氣溫度為多少oK？（5 分）
(三)此循環之輸出淨功為多少 kJ/kg？（5 分）
(四)此循環之熱效率為多少%？（10 分）
二、壓力為 500 kPa，溫度為 133.6 oC 的水，在管路中流經一等焓節流閥後，出口壓力降至 20 kPa，已知該節流閥出口截面積為 0.04 m2，流速為 120 m/s，請利用下表求節流閥出口 之質量流率為多少 kg/s (計算至小數點後第 1 位，以下四捨五入)？（15 分）
飽和水-水蒸汽 溫度表 溫度(oC) 飽和壓力
(MPa)
比容 v (m3/kg) 比內能 u (kJ/kg) 比焓 h (kJ/kg) vf vg uf ug hf hg
130 0.2701 0.001070 0.6685 546.02 2539.9 546.31 2720.5 135 0.3130 0.001075 0.5822 567.35 2545.0 567.69 2727.3
飽和水-水蒸汽 壓力表 壓力
(MPa)
飽和溫度 (oC)
比容 v (m3/kg) 比內能 u (kJ/kg) 比焓 h (kJ/kg) vf vg uf ug hf hg
0.02 60.06 0.001017 7.649 251.38 2456.7 251.40 2609.7 0.50 151.86 0.001093 0.3749 639.68 2561.2 640.23 2748.7
【請翻頁繼續作答】
1.熱力學與熱機學 2.流體力學與流體機械 第 2 頁，共 3 頁 三、一活塞 氣缸裝置，最 初裝 有壓 力為 500 kP a，溫度為 300oK 而 容積為 0 . 1 m3之氦
氣 ，其經過一多變指數(Polytropic Exponent) n = 1.5 之多變過程(Polytropic Process)膨 脹 至 1 5 0 k P a 之 壓 力 ， 假 設 過 程 中 之 氦 氣 狀 態 皆 為 理 想 氣 體 ( I d e a l G a s ) 且 比 熱 為 常 數 ( CP = 5 . 1 9 2 6 k J / k g ・oK ， CV = 3 . 1 1 5 6 k J / k g ・oK ) ， 請 計 算 下 列 各 項 (計 算至小數點後第 1 位，以下四捨五入)。（2 題，每題 5 分，共 10 分）
(一)此膨脹過程所輸出之功(W)為多少 kJ？
(二)此膨脹過程之熱交換量(Q)為多少 kJ？
四、如【圖 1】所示，一邊長為 2 m 之正方形平面水閘門安裝於水庫下方，可繞鉸接點 H 旋轉 開啟，如忽略閘門自身重量及鉸接點之摩擦效應，而水的比重量(Specific Weight) γ = 9810 N /m3，試求作用於 A 點之施力 F，最少須為多少牛頓(N)才得以維持閘門關閉 (計算至小數點後第 1 位，以下四捨五入)？（15 分）
【圖 1】
五、如【圖 2】所示，管路泵浦系統中，一水泵於定轉速下將水由水槽 A 以流量 Q 泵送至 水槽 B，兩水槽液面皆暴露於大氣，已知該水泵揚程 hA與泵送流量 Q 之關係可表 示 為 hA = 50-2Q2，系統之損失水頭曲線為 hL,1-2 = 1.5Q2，其中 hA、hL,1-2之單位皆為 m，Q 之單位則為 m3/s，假設泵送過程中兩水槽之液面高度變化極微小可忽略不計，請計算此系 統中水泵之泵送流量為多少 m3/s (計算至小數點後第 1 位，以下四捨五入)？（10 分）
【圖 2】
1.熱力學與熱機學 2.流體力學與流體機械 第 3 頁，共 3 頁 六、一灑水器如【圖 3】所示，由一固定之空心立柱與兩支等長、位於同一直線上、通過立柱
軸心且垂直於立柱之轉臂組成，當水由立柱下方進入灑水器後，會平均地由兩支轉臂末端 的噴嘴沿轉臂旋轉之切線方向噴出，並帶動轉臂繞立柱軸心旋轉；兩噴嘴之噴口面積皆為 50 mm2，噴嘴中心距離立柱中心為 300 mm；假設立柱下方穩定地以 2 Liter/s 的水量流進灑 水器，水的密度為 1000 kg/cm3，在忽略噴嘴長度、轉臂旋轉過程中之空氣阻力及轉軸處之摩 擦阻力下，請計算下列各項(計算至小數點後第 1 位，以下四捨五入)。（共 3 題，共 25 分）
(一)需施加多少 N・m 的反向扭矩於轉臂上，才能使其靜止？（10 分）
(二)當轉臂穩定地以ω=100 RPM 旋轉時，施加於其上之反向扭矩為多少 N・m？（10 分）
(三)當無任何反向扭矩施加於轉臂上時，轉臂的轉速ω 為多少 RPM？（5 分）
【圖 3】
