101年公務人員特種考試關務人員考試、101年公務人員特種考試
移民行政人員考試及101年國軍上校以上軍官轉任公務人員考試試題 代號：10640 等 別： 三等關務人員考試
類（科）別： 機械工程 科 目： 熱工學
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。
全一頁
一、當系統處於平衡狀態時，系統內物質的那些物理量須維持定值，藉以用來判斷系統分 別處於(a)機械平衡（mechanical equilibrium）狀態、(b)熱平衡（thermal equilibrium）
狀態、(c)熱力平衡（thermodynamic equilibrium）狀態、(d)化學平衡（chemical equilibrium）狀態、或(e)相平衡（phase equilibrium）狀態。再進一步說明上述平衡 狀態下系統內物質的微觀行為。（25 分）
二、考慮一高壓氣瓶供應高壓氮氣來驅動氣渦輪機（gas turbine）作功發電。高壓氣瓶內 氮氣的起始狀態為壓力 5000 kPa，氮氣經由調壓閥控制，進入氣渦輪機的壓力維持 在 505 kPa，離開氣渦輪機時壓力降為 101 kPa。如果高壓氣瓶在供氣過程中維持等 溫（氮氣溫度 20℃），壓力從起始值 5000 kPa一直壓降到 505 kPa，而氣渦輪機在 絕熱狀態下操作且效率達 100%，請計算氣渦輪機輸出功率達 36000 kJ時所需的高 壓氣瓶體積。（假設氮氣為理想氣體，cp = 1.0380 kJ/kg K，cv = 0.7412 kJ/kg K）
（25 分）
三、飛機的燃氣渦輪引擎通常由擴散器（diffuser）（假設從狀態c到狀態d）、壓縮機
（compressor）（假設從狀態d到狀態e）、燃燒腔（combustor）（假設從狀態e 到狀態f）、渦輪機（turbine）（假設從狀態f到狀態g）和噴嘴（nozzle）（假設 從狀態g到狀態h）等五個組件所組成。從進入擴散器的冷空氣（狀態c）開始，
一直到排出噴嘴的廢氣（狀態h），請說明各組件內氣體的熱力特性與組成變化，
以及對應的能量轉換。燃氣渦輪引擎的能量轉換可以何種空氣標準（air standard）
熱力循環來說明，請利用 T-s 圖和 P-v 圖輔助說明各個過程的熱力特性變化。
（25 分）
四、蒸汽動力廠（steam power plant）經常採用汽電共生（cogeneration）系統來提升能 源使用效率。何謂汽電共生？請繪出整體組件配置和工作流體循環路徑的示意圖，
並利用 T-s 圖來配合說明。請列出汽電共生的能源使用效率表示式，與朗肯循環
（Rankine cycle）熱效率比較，說明其優越性。（25 分）
