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

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熱力學與熱機學、流體力學與流體機械 第 1 頁,共 3 頁

經濟部所屬事業機構 103 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。須用藍、黑色鋼筆或原子筆在答 案卷指定範圍內作答,不提供額外之答案卷,作答時須論述或詳列解答過程,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.試題須隨答案卷(卡)繳回。

6.考試時間:120 分鐘。

一、下列理想動力循環,試繪出其溫度-熵 (T-S)圖,標示其所有過程與相對應狀態點(各點請以 1、2、3、4 表示),並說明這些過程(Processes)所代表的意義[例如:3→4 為等容膨脹 (ν3=ν4)]︰(各小題 5 分,共 20 分)

(一) 奧圖循環(Otto Cycle) (二) 卡諾循環(Carnot Cycle) (三) 布萊頓循環(Brayton Cycle) (四) 艾利克生循環(Ericsson Cycle)

二、若甲烷(CH4)和空氣燃燒後,其產物乾燥分析為 CO2:10.00 %、O2:2.38 %、CO:0.52 % 及N2:87.10 % (假設空氣中 N2與O2體積佔比為3.76︰1,空氣分子量為 28.84),試求:

(各小題5 分,共 15 分)

(一) 甲烷(CH4)和空氣燃燒後的燃燒反應方程式。

(二) 此燃燒反應以質量為計量標準的空氣-燃料比。(計算至小數點後第 2位,以下四捨五入) (三) 此燃燒反應實際供應之空氣量為理論空氣量的幾倍。(計算至小數點後第 1位,以下四捨五入) 三、試回答下列問題︰

(一) 對商用圓管而言,若圓管內管流的斷面平均速度為 V、直徑為 D、流體密度為 d、黏 性係數為μ,則此管流的雷諾數 (Reynolds Number) NR為何?(2 分)

(二) 如何依雷諾數大小區分商用圓管內管流屬層流(Laminar Flow)或紊流(Turbulent Flow)?

(4 分)

(三) 何謂高臨界流速(Higher Critical Velocity)與低臨界流速(Lower Critical Velocity)?

(4 分)

(四) 請說明曼寧公式( Manning Formula)每一項參數的物理意義。(5 分)

【請翻頁繼續作答】

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熱力學與熱機學、流體力學與流體機械 第 2 頁,共 3 頁

四、10℃的水,以 120 L/min 的速率流經【圖 1】的液壓馬達。在 A 處的壓力為 700 kPa,在 B 處的壓力為210 kPa。假設所有能量損失忽略不計,重力加速度 g = 9.8 m/s2,π = 3.14,試求:

(一)由水輸入到液壓馬達的功率(N.m/s)。(計算至整數,以下四捨五入)(10 分)

(二)若液壓馬達的機械效率為 80 %,則液壓馬達的輸出功率為多少(kW)?(計算至小數點 後第2 位,以下四捨五入)(5 分)

【圖1】

五、【圖 2】為一熱交換器,係由一正方形殼圍繞一圓管所組成,其熱交換是利用內圓管內側 流體 (管流) 流動,和正方形殼內側與內圓管外側間之流體 (殼流) 流動。若已知管內流體 (管流)及殼中流體(殼流)兩者流動速度皆為 2.4 m/s,1/2 英吋 K 型銅管外直徑為 15.88 mm

、內直徑為13.39 mm、管壁厚為 1.245 mm,S = 0.80 in,π = 3.14,試求:(計算至小數點 後第1 位,以下四捨五入)(各小題 5 分,共 15 分)

(一) 管內流體(管流)體積流率(L/min)。

(二) 殼中流體(殼流)體積流率(L/min)。

(三) 管內流體(管流)與殼中流體(殼流)體積流率之比值。

【圖2】

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熱力學與熱機學、流體力學與流體機械 第 3 頁,共 3 頁

六、一簡單水蒸汽動力廠,在穩態穩流下,其主要設備進出口壓力、溫度或乾度(Quality)狀態 如【圖3】所示。已知 h2 = 3002.5 kJ/kg、h4 = 188.5 kJ/kg,試求下列熱傳量或功︰(計算至 小數點後第1 位,以下四捨五入)(各小題 5 分,共 20 分)

(一) 鍋爐與渦輪機間管線的熱傳量(kJ/kg)。

(二) 渦輪機所做的功(kJ/kg)。

(三) 冷凝器中的熱傳量(kJ/kg)。

(四) 鍋爐中的熱傳量(kJ/kg)。

壓力 溫度或乾度

鍋爐出口○1 2.0 Mpa 300 ℃ 渦輪機進口○2 1.9 Mpa 290 ℃

渦輪機出口○3 15 kPa 90 %

冷凝器出口○4 14 kPa 45 ℃

泵功○5 = 5.5 kJ/kg

【圖3】

飽和水-水蒸汽 (壓力表)

比容υ(m3/kg) 比內能 u(kJ/kg) 比焓h(kJ/kg) 壓力

(kPa)

飽和溫度

(℃) υf υg uf ug hf hg

15 53.97 0.001 10 225.9 2448.7 226 2599.1 過熱水蒸汽

2.0 MPa (飽和溫度 212.42℃)

飽和溫度(℃) 比容υ(m3/kg) 比內能u(kJ/kg) 比焓h(kJ/kg)

300 0.1255 2772.6 3023.5 400 0.1512 2945.2 3247.6

數據

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參考文獻

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