100年關務熱力考題 - 考試

網路上找不太到詳解 所以來這邊問一下

小弟沒花很多時間上網找 有解答可以分享一下的話 我會很感激的




出處：100年關務熱力 全


===============================第一題======================================
家庭中經常使用瓦斯爐燒開水，將水壺中的冷水加熱成熱水，接著冒出水蒸氣
，水蒸氣最後甚至頂開水壺蓋。考慮從瓦斯爐火開始一直到水蒸氣頂開水壺蓋的過程
，如圖1所示，請說明此一過程的能量轉換關係。將此一能量轉換過程與蒸汽動力廠
的朗肯循環（Rankine cycle）比較，請討論兩者的相同點和相異處

想法：
首先 我會提出Rankine cycle四個過程
(1)=>(2)等商壓縮
(2)=>(3)等壓氣化加熱
(3)=>(4)等商膨脹
(4)=>(1)等壓凝結排熱

(1)=>(2) 開水並沒有壓縮 所以沒有這個過程
(2)=>(3) 水滾之前有氣化加熱 但是在頂開水壺蓋前 沒有等壓
他的等壓氣化加熱時機是 (先想像水壺蓋頂開過程 是往上頂到最高點 再落下
這種過程 會持續不段發生 )

等壓氣化加熱的過程是 在頂開水壺蓋開始 一直頂到最高點的瞬間 那段都是

(3)=>(4) 不可逆現象 必定不等商 排除不可逆現象後
因為有持續的加熱 要等商的話 必定加熱等於輸出功
而加熱等同輸出功 也只有頂開水壺蓋那過程 熱量轉位能 且膨脹

(4)=>(1) 凝結排熱是水氣沾到蓋子上 把熱量轉給蓋子 水氣轉化成水珠
蓋子再把熱量排出去 等壓的狀況同(2)=>(3)


蓋子頂開的過程 排除了不可逆現象 同時出現(2)=>(3)(3)=>(4)(4)=>(1)這三個過程



===============================第二題======================================
空氣被侷限於一具上方可自由滑移活塞的絕熱壁容器中，如圖2所示，空氣的起始狀態（
壓力、體積和溫度）為400kPa（絕對壓力），0.1m3，50℃，外界空氣是一大氣壓。利用
旋轉葉片攪動空氣，使其體積最後膨脹為0.2m3。請計算空氣的質量，此一膨脹過程
中，空氣的最終溫度、空氣的內能及焓值變化，此一膨脹過程中，旋轉葉片所做的功、
空氣膨脹所做的功、滑移活塞所做的功、空氣膨脹抵抗重力所做的功。假設空氣為理想氣
體，R=0.2870kJ/kg·K，Cpo=1.0035kJ/kg·K，Cvo=0.7165kJ/kg·K
(此題圖案是一個close system 插著看起來會做功的旋轉葉片 上方有可移動活塞)
想法：
400 x 0.1 ＝ 空氣的質量 x 0.287 x 323 (PV=MRT)
空氣的質量=0.431 kg
400 x 0.2 ＝ 0.431 x 0.287 x 空氣的最終溫度(PV=MRT)
空氣的最終溫度=646 k
空氣的內能 ＝ 0.431 x Cv x 溫度變化量
空氣的內能 ＝ 0.431 x 0.7165 x 323 ＝ 100 kj
焓值 ＝ 0.431 x Cp x 溫度變化量
焓值 ＝ 0.431 x 1.0035 x 323 ＝ 140 kj

Ｑ－Ｗ＝能量變化量　（因絕熱 且忽略動位能
Ｗ(in) － Ｗ(out) ＝ Ｕ
Ｗ(in) － 40　 ＝100 kj
Ｗ(in) ＝ 140 kj
Ｗ(in)=旋轉葉片所做的功
Ｗ(out)=滑移活塞所做的功=空氣膨脹所做的功=空氣膨脹抵抗重力所做的功
這邊我有點不確定 感覺這三個都再說同一件事情= ="


===============================第三題======================================
長時間穩定操作的機械設備常以穩態穩流過程（steady-state, steady-flow process）
來分析，請列出分析穩態穩流過程的基本假設，並說明「穩態」和「穩流」的物理意義
，列出分析控制體積穩態穩流過程所需的連續方程式和第一定律變化率方程式，並說明
其物理意義。

想法：
這題實在非常不確定

steady-state
我會提出 他主要是說明 有關質量的特性不變
有點類似討論開放系統 但是要畫邊界 簡化計算而設計的
方程式是 Ｍ(in)　＝　Ｍ(out)
(系格馬那個數學符號打不出來 我又不會拼 自己加在前面吧)

steady-flow
主要是討論 物質的性質不隨時間改變

ＤＢ／ＤＴ＝　？Ｂ／？Ｔ　＋　．．．．．
(因為符號我根本打不出來 ？代表偏微分的啪秀 看的懂就好 別計較= =")

因為？Ｂ／？Ｔ如果存在 分析會很複雜 steady-flow就是假設 此項為0


===============================第四題======================================
(1)針對蒸汽動力廠的朗肯循環（Rankine cycle），請以T-s圖說明其熱力特性變化，
並利用T-s圖表示其熱效率
(2)蒸汽動力廠為了提升能源使用效率，同時考量發電和蒸汽利用，請說明如何達成此目的
(3)蒸汽動力廠新近使用超臨界鍋爐（supercritical boiler）或超超臨界鍋爐（
ultra-supercritical boiler）來提升熱效率，其原因為何
(4)針對燃氣渦輪機的布萊登循環（Brayton cycle），請以T-s圖說明其熱力特性變化，並利
用T-s圖表示其熱效率
(5)複循環（combined cycle）發電系統結合朗肯循環和布萊登循環來提升熱效率，請說明如
何達成此目的
想法：
這題基本上 書上就有了

只是 第3及第5小題 小弟找不到 沒想到考這麼細

或許只是名詞用的跟我書不同 有人可以討論一下嗎



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以上解法是我自己算的 希望有人可以幫我指正錯誤的地方

我是參考王力宏的熱力學


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兩舟並行，櫓速不及帆快

八音齊奏，笛清怎比簫和

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