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高考申論題 106年 [核子工程] 工程熱力學

第 一 題

📖 題組:
三、(一)試繪出蒸汽壓縮製冷循環(vapor-compression refrigeration cycle)的 P-h 圖。(5 分) (二)試以(一)小題繪製之 P-h 圖說明,當循環之冷凝壓力增加時,對輸入功、製冷量及效率的影響。(10 分)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

試繪出蒸汽壓縮製冷循環(vapor-compression refrigeration cycle)的 P-h 圖。(5 分)

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考生看到此題,應首先聯想到理想蒸汽壓縮製冷循環的四個主要元件:壓縮機、冷凝器、膨脹閥及蒸發器。接著,在 P-h (壓力-焓) 圖上畫出飽和液體與飽和氣體構成的鐘形罩,並精確標出對應的四個熱力過程:等熵壓縮、等壓散熱、等焓膨脹、等壓吸熱。

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【破題】理想蒸汽壓縮製冷循環(Ideal vapor-compression refrigeration cycle)主要由四個穩態穩流(SSSF)元件組成,其 P-h(壓力-焓)圖需先繪製出飽和液-氣鐘形曲線,再標示出四個熱力狀態點與其對應之熱力過程。 【論述】 一、基本假設

小題 (二)

試以(一)小題繪製之 P-h 圖說明,當循環之冷凝壓力增加時,對輸入功、製冷量及效率的影響。(10 分)

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面對此題,應先在腦海中畫出標準的 P-h 圖並標註基本狀態點(1至4)。接著,將代表冷凝壓力的水平線往上平移,畫出高壓下的新循環軌跡(1-2'-3'-4'),透過比較新舊循環的焓差(水平線段長度),即可直觀且嚴謹地推導出輸入功、製冷量與 COP 的變化。

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【解題思路】運用 P-h 圖之幾何與熱力性質曲線特性,比較冷凝壓力提升前後各狀態點之焓值(h)變化,藉由熱力學第一定律推導對系統能量傳遞與效能(COP)之影響。 【詳解】 已知(運算假設):

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