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moea_joint_essay 104年 [機械] 熱力學與熱機學、流體力學與流體機械

第 一 題

📖 題組:
如【圖 1】所示經由可逆壓縮機將空氣由進口端,壓力 P1=100 kPa、溫度 T1=300°k,穩定壓縮到出口端,壓力 P2=900 kPa,試求:[提示:氣體常數 R=0.287 kJ/(kg·k)、Pvn=C] (計算至小數點後第 2 位,以下四捨五入)(各小題 10 分,共 20 分)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

等熵壓縮(isentropic compression),n=K=1.4,每單位質量的壓縮功 Win為何?
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這是一個穩定流動的開放系統壓縮過程。當壓縮過程為多變過程(Pv^n=C)且為等熵(n=k=1.4)時,單位質量壓縮功 w_in 的計算公式為 w_in = [nRT1 / (n-1)] * [(P2/P1)^((n-1)/n) - 1]。

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空氣為理想氣體,開放系統穩定流動的可逆多變壓縮功(每單位質量)公式為: $w_{in} = \frac{n}{n-1} R T_1 \left[ \left(\frac{P_2}{P_1}\right)^{\frac{n-1}{n}} - 1 \right]$ 本題為等熵壓縮,故 $n = K = 1.4$。

小題 (二)

等溫壓縮(isothermal compression),n=1,每單位質量的壓縮功 Win為何?
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當壓縮過程為等溫可逆過程(Pv=C, n=1)時,流動功的積分變為 w_in = RT1 * ln(P2/P1)。

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對於等溫壓縮($n = 1$),氣體遵守 $Pv = C$ 的關係。穩定流動可逆壓縮功的積分結果為: $w_{in} = R T_1 \ln\left(\frac{P_2}{P_1}\right)$ 代入已知數值:

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