107年公務人員高等考試三級考試試題 代號：36420 全一張
（正面）
類 科： 核子工程 科 目： 工程熱力學
考試時間： 2 小時 座號：
※注意： 可以使用電子計算器。
不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。
本科目得以本國文字或英文作答。
（請接背面）
一、請回答下列問題：
Principal of Corresponding States，請說明此原理（principal）的具體應用與應用的 方式。（10 分）
熱力學第零定律，請說明指出此定律所定義之物質熱力學性質（thermodynamic property）。（5 分）
熱力學第三定律。（5 分）
二、依據熱力學第二定律將能量由熱的形式轉換為功的形式時，一定要排除廢熱才能循 環運作，很多人認為不可思議，廢熱也是「能源」，為什麼要浪費！但是人們可以接 受能量（熱）只能從高溫的物質傳給低溫的物質，卻不能從低溫傳到高溫是一個真 理。請證明前述兩個物理現象事實上是一體的兩面，亦即若接受一個為真理，另一 個也是真理。（15 分）
三、請由熱力學能量使用的角度比較下面三個裝置的優劣。（15 分）
熱機（heat engine）：運轉高低溫度分別為 800°K 與 300°K。熱機由高溫熱源（high temperature reservoir）接受 100 kJ 的熱，排放 50 kJ 的廢熱到低溫熱沉（low temperature reservoir）。
冷凍裝置（refrigerator）：運轉於高低溫度分別為-3℃與 37℃的區域。該裝置使用 50 kJ 的功（work），由低溫區抽取 100 kJ 的熱到高溫區。
熱泵（heat pump）：運轉於高低溫度分別為-23℃與 27℃的區域。熱泵由低溫區抽 取 100 kJ 的熱能，送出 150 kJ 的能量送到高溫區。
四、一個發明家設計了一個熱泵，宣稱可以用 2 kW 的功（work），自-3℃的室外環境移 動 20 kW 的能量到 27℃的室內，請用克勞希爾斯不等式（Clausius Inequality）驗證 該發明家的說詞是否屬實。（10 分）
107年公務人員高等考試三級考試試題 代號：36420 全一張
（背面）
類 科： 核子工程 科 目： 工程熱力學
五、一個理想郎肯循環（ideal Rankine Cycle）汽渦輪機進口為 7 MPa 的飽和蒸汽，冷 凝器的溫度（汽機出口）為 25℃，請計算熱效率。（5 分）
若汽渦輪機的效率（isentropic efficient）為 0.90，飼水泵浦的效率（isentropic efficient）
為 0.95，其他條件維持不變，請計算熱效率。（10 分）
請說明如何更改該郎肯循環的設計參數以提昇熱效率。請用簡單的圖示法說明所 提的變更，確實可以提升熱效率。（5 分）
在郎肯循環加入再熱器（reheater）與飼水加熱器（feedwater heater）可以提升熱效 率。飼水加熱器有兩種形式，開放式與封閉式。請繪製一個同時具有再熱器
（reheater），開放式飼水加熱器（open feedwater heater）與封閉式飼水加熱器（closed feedwater heater）之郎肯循環系統簡圖。請明確標明簡圖中的設備名稱。（6 分）
請說明為何飼水加熱器（feedwater heater）可以提升郎肯循環的熱效率？飼水加熱 器對循環的運作是否有不利的影響。（4 分）
假設中的鍋爐熱源（thermal reservoir）的溫度為 290℃，請計算鍋爐的熱力學第 二定律熱效率（Second Law Efficiency）。（5 分）
假設中的鍋爐熱源（thermal reservoir）的溫度為 290℃，請計算該郎肯循環的熱 力學第二定律熱效率（Second Law Efficiency）。（5 分）
Properties of Saturated Water Pressure
（MPa）
Temp.
（℃）
Specific volume（m3/kg） Enthalpy（kJ/kg） Entropy（kJ/kg °K）
Liquid Vapor Liquid Vapor Liquid Vapor 0.003169 25 1.0029×10-3 43.36 104.89 2547.2 0.3674 8.5580
7 285.9 1.3513×10-3 0.02737 1267.0 2772.1 3.1211 5.8133
Exergy：
( )
(
° °) (
° ° ° ° °)
°
°
°
°
°
− +
−
− +
=
+
−
−
⎟⎠
⎜ ⎞
⎝
⎛ − + +
=
s T P
e s T P
e x
gZ s
T h gZ
V s
T h x
ν ν
2
2 1
