高考申論題
105年
[輪機技術] 內燃機
第 一 題
📖 題組：
空氣標準（air-standard）等壓力加熱循環（constant pressure heat addition cycle）或稱 Diesel 循環的狀態點 1 代表壓縮行程開始的狀態，T1=29 ℃，p1=103 kpa，此循環的最高溫度為 2105℃，壓縮比 r 為 21，若混合燃氣可視為理想氣體，假設分子量 M 為 27，定壓比熱cp=1.26 kJ/(kg·K)，比熱比（specific heat ratio）k = 1.4，試求：
空氣標準（air-standard）等壓力加熱循環（constant pressure heat addition cycle）或稱 Diesel 循環的狀態點 1 代表壓縮行程開始的狀態，T1=29 ℃，p1=103 kpa，此循環的最高溫度為 2105℃，壓縮比 r 為 21，若混合燃氣可視為理想氣體，假設分子量 M 為 27，定壓比熱cp=1.26 kJ/(kg·K)，比熱比（specific heat ratio）k = 1.4，試求：
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
於 p−v座標（p 於縱座標代表汽缸內氣體壓力，v 於橫座標代表汽缸比容）圖上畫出這些過程，及標示 1、2、3、4 等各狀態點，並說明此循環由那幾個基本過程所構成；（10 分）
思路引導 VIP
看到此題應先聯想柴油引擎（Diesel Cycle）的四個標準熱力過程。繪圖時需注意縱座標為壓力 (p)、橫座標為比容 (v)，並依序畫出等熵壓縮、等壓加熱、等熵膨脹及等容散熱的特徵曲線，特別確認 2→3 為水平線（等壓），4→1 為垂直線（等容）。
小題 (二)
每單位質量的混合氣所輸入之熱量qin，單位kJ/kg。（10 分）
思路引導 VIP
本題測驗空氣標準狄塞爾循環（Diesel cycle）的基本熱力學計算。解題思路為：先將攝氏溫度轉換為絕對溫度（K），接著利用等熵壓縮關係式與壓縮比求出狀態點 2（壓縮末期）的溫度 T2，最後代入等壓力加熱公式 q_in = c_p(T3 - T2) 計算單位質量的輸入熱量。
狄塞爾循環熱力特徵
💡 掌握 Diesel 循環「等壓加熱」特徵與 p-v 圖四段可逆過程。
🔗 Diesel 循環四階段運作鏈
- 1 等熵壓縮 — 活塞上行，氣體壓力與溫度劇增
- 2 等壓加熱 — 噴油燃燒，壓力不變下體積膨脹
- 3 等熵膨脹 — 燃氣推動活塞下行作正功
- 4 等容散熱 — 排氣門開啟，瞬時定容降壓
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🔄 延伸學習：延伸學習：壓縮比 (r) 與切斷比 (rc) 對熱效率的綜合影響公式。
