高考申論題
111年
[核子工程] 工程熱力學
第 三 題
一個由兩個等壓及兩個等熵過程所組成的穩定步雷登循環（Brayton cycle）使用空氣作為工作流體。它的高低壓力比為 9.0。壓縮機的入口狀態為 P = 100 kPa 及 T = 310 K，經由燃燒室加熱到出口 T = 1200 K。假設所有元件的出入口動能與位能的變化都遠小於焓的變化量；同時假設你有軟體可以求得熱力性質，請描述你如何求得渦輪機每單位流體質量的作功。並請將此循環繪於 T-s 圖上。如果熱源及熱沉都維持等溫，分別為 TH = 1400 K 及 TL = 300 K，請也將不可逆性的區域在 T-s 圖上示意出來。（25 分）
📝 此題為申論題
思路引導 VIP
面對步雷登循環題型，首先確認各狀態點的已知條件，並列出理想循環的四大假設（穩態穩流、等熵壓縮/膨脹、等壓加熱/散熱）。接著利用熱力軟體「給定兩獨立內含性質可定態」的特性，規劃從狀態3（已知T, P）到狀態4（已知P, s）的求解路徑計算焓差。最後在 T-s 圖上標註熱源與熱沉恆溫線，利用恆溫線與循環等壓加熱/冷卻曲線間的「溫差區間」來具體標示外部不可逆性的區域。
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【解題思路】利用穩態穩流能量方程式求取渦輪機作功，並藉由熱力性質軟體狀態律（State Postulate）透過兩獨立內含性質決定狀態點的焓值。外部不可逆性則由有限溫差下的熱傳遞來分析。 【詳解】 已知：
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