高考申論題
105年
[機械工程] 熱力學
第 一 題
📖 題組:
對於一朗肯循環而言,若渦輪入口條件固定,則降低冷凝器內的壓力會造成:(每小題5分,共20分)
對於一朗肯循環而言,若渦輪入口條件固定,則降低冷凝器內的壓力會造成:(每小題5分,共20分)
📝 此題為申論題,共 4 小題
小題 (一)
渦輪對外作功增加?降低?或維持不變?為什麼?
思路引導 VIP
看到朗肯循環改變操作壓力的題型,首先應在腦海中繪製 T-s 圖(溫熵圖)或 h-s 圖。接著利用熱力學第一定律的渦輪機能量平衡方程式(W = h_in - h_out),透過圖形判斷冷凝壓力下降對出口焓值的影響,即可嚴謹地推導出作功量的變化。
小題 (二)
循環的總吸熱量增加?降低?或維持不變?為什麼?
思路引導 VIP
看到朗肯循環改變操作壓力,應立刻聯想 T-s 圖上的循環面積變化,並標定各狀態點。列出鍋爐吸熱量公式 q_in = h_1 - h_4,藉由分析冷凝壓力下降對鍋爐入口(泵浦出口)焓值 h_4 的影響,即可準確推導出吸熱量的增減。
小題 (三)
幫浦運作所需要的功增加?降低?或維持不變?為什麼?
思路引導 VIP
面對朗肯循環的幫浦功分析,應優先想到穩流開放系統中不可壓縮流體的作功近似公式:$w_{pump} \approx v(P_{boiler} - P_{cond})$。藉由確認鍋爐壓力不變、冷凝器壓力下降,即可直接推導出壓力差增大,進而得出幫浦功增加的結論。
小題 (四)
渦輪出口處工作流體的乾度增加?降低?或維持不變?這對渦輪葉片會有什麼影響?
思路引導 VIP
首先,在腦海中繪製朗肯循環的 T-s 圖,並將渦輪膨脹視為等熵過程(垂直向下的直線)。當入口狀態固定而冷凝壓力降低時,觀察該等熵線延伸至較低壓力線的交點位置,即可判斷乾度變化;接著連結兩相流體中「液態水滴」對高速旋轉葉片的物理破壞效應。