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moea_joint_essay 105年 [機械] 熱力學與熱機學、流體力學與流體機械

第 三 題

📖 題組:
在一標準空氣布雷登循環(Brayton Cycle)中,空氣壓縮機進口空氣溫度為 17 ℃,壓力為 100 kPa,空氣壓縮機壓縮比(Pressure Ratio)為 10,此循環最高溫度為 1500 K,空氣壓縮機及渦輪機等熵效率均為 90 %,試求:(空氣 k=1.4,Cp=1.0 kJ/(kg ∙ K)) (計算至小數點後第 1位,以下四捨五入) (各小題 5 分,共 15 分)
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (三)

本循環的熱效率為何(%)?

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循環熱效率等於淨輸出功除以總輸入熱量。先求鍋爐(燃燒室)輸入熱 Qin = Cp*(T3-T2),再求淨功 Wnet = Wt - Wc,最後取相除值。

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循環輸入熱量 $Q_{in} = C_p (T_3 - T_2) = 1.0 \times (1500 - 589.89) = 910.11 \text{ kJ/kg}$ 淨功輸出 $W_{net} = W_t - W_c = 650.77 - 299.89 = 350.88 \text{ kJ/kg}$ 熱效率 $\eta = \frac{W_{net}}{Q_{in}} \times 100% = \frac{350.88}{910.11} \times 100% \approx 38.55%$

小題 (一)

每一狀態點(空氣壓縮機進出口及渦輪機進出口)的溫度(K)與壓力(kPa)為何?

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確立四大狀態點(1為壓縮機進口、2為出口、3為渦輪機進口、4為出口)。利用等熵關係式與等熵效率計算出2與4的真實溫度。壓縮比為10且氣體理想。

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已知:$T_1 = 17^\circ\text{C} = 290 \text{ K}$,$P_1 = 100 \text{ kPa}$,$r_p = 10$,$T_3 = 1500 \text{ K}$,$\eta_c = \eta_t = 0.9$,空氣 $k=1.4$。 狀態 1 (壓縮機進口): $T_1 = 290 \text{ K}$, $P_1 = 100 \text{ kPa}$

小題 (二)

空氣壓縮機所耗的功及渦輪機產出的功為何(kJ/kg)?

思路引導 VIP

運用穩流系統功公式 W = Cp * ΔT。代入第一小節求出的真實溫度值。

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根據焓差計算功: 空氣壓縮機耗功 $W_c = C_p (T_2 - T_1) = 1.0 \times (589.89 - 290) = 299.89 \text{ kJ/kg} \approx 299.9 \text{ kJ/kg}$ 渦輪機產出功 $W_t = C_p (T_3 - T_4) = 1.0 \times (1500 - 849.23) = 650.77 \text{ kJ/kg} \approx 650.8 \text{ kJ/kg}$

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