高考申論題
107年
[機械工程] 熱力學
第 一 題
📖 題組：
二、汽車之渦輪增壓器係由一壓縮機和一渦輪機構成，主要用途是來壓縮進氣，從而提高引擎的功率和扭矩，其示意圖如下所示。假設渦輪機的等熵效率（isentropic efficiency）為 85%，壓縮機的等熵效率為 80%，工作流體均可視為空氣且為理想氣體（定壓比熱為 Cp0 = 1.0035 kJ/kg·K，空氣氣體常數 R = 0.287kJ/kg·K），並假設實體壓縮機和理想壓縮機有相同的出口壓力。根據圖中所給予的數據求出：
二、汽車之渦輪增壓器係由一壓縮機和一渦輪機構成，主要用途是來壓縮進氣，從而提高引擎的功率和扭矩，其示意圖如下所示。假設渦輪機的等熵效率（isentropic efficiency）為 85%，壓縮機的等熵效率為 80%，工作流體均可視為空氣且為理想氣體（定壓比熱為 Cp0 = 1.0035 kJ/kg·K，空氣氣體常數 R = 0.287kJ/kg·K），並假設實體壓縮機和理想壓縮機有相同的出口壓力。根據圖中所給予的數據求出：
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
渦輪機出口溫度（5 分）和所輸出的功。（5 分）
思路引導 VIP
首先將已知條件數值化並換算至絕對溫度。計算理想氣體的比熱比 k。利用等熵膨脹關係式求出渦輪機的理想（等熵）出口溫度。接著導入等熵效率公式，計算實際出口溫度，並透過能量守恆求得實際輸出的功。
小題 (二)
壓縮機出口溫度（5 分）和壓力。（10 分）
思路引導 VIP
理解渦輪增壓器的作動原理：渦輪機產生的功全數用於驅動壓縮機（假設無機械損耗）。因此壓縮機消耗的功等於渦輪機輸出的功。利用實際功求出壓縮機實際出口溫度；再透過壓縮機等熵效率反推理想（等熵）耗功及等熵出口溫度，最後由等熵關係式求出出口壓力。