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普考申論題 106年 [輪機技術] 船舶主機概要

第 三 題

三、為避免燃氣渦輪機的葉片長期在較高的溫度下工作,而致燒損或龜裂,常用的冷卻方式為何?試詳述之。(20 分)
📝 此題為申論題

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看到此題,考生應直覺聯想到燃氣渦輪機為提升熱效率,渦輪入口溫度極高,需依賴『壓氣機抽氣』作為冷卻介質。解題邏輯應從空氣進入葉片的『空間路徑』出發,依序將冷卻方式由內而外(內部對流、撞擊冷卻、外部氣膜冷卻、發散冷卻)進行定義、物理機制與結構布置的層次解析。

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【破題】 燃氣渦輪機為提升整體熱效率,必須提高渦輪機入口溫度(TIT)。然而高溫燃氣極易導致葉片金屬材料產生潛變、燒損或熱應力龜裂。為防止此類熱損傷,工程上通常自壓氣機(Compressor)中段或末段抽取引出部分壓縮空氣,克服系統壓力降後,導入渦輪葉片進行冷卻。 【論述】

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📝 渦輪葉片冷卻技術
💡 抽壓氣機空氣,採對流、撞擊、薄膜與發散冷卻防止葉片熱損傷。
比較維度 內部冷卻 (對流/撞擊) VS 外部冷卻 (薄膜/發散)
物理機制 熱對流與動能撞擊 — 熱阻絕與表面隔離
關鍵構造 蛇形通道、內襯噴孔 — 表面氣孔、多孔材料
主要位置 葉片中心、前緣內側 — 葉片受熱面、前緣外部
💬現代渦輪葉片多採「複合式冷卻」,結合內外機制以達成最佳熱防護。
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渦輪入口溫度 (TIT) 布雷登循環 (Brayton Cycle) 金屬潛變與熱應力

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