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moea_joint_essay 112年 [機械] 熱力學與熱機學、流體力學與流體機械

第 三 題

📖 題組:
二、某內燃機之燃料為乙醇(C2H6O),於 50 %過剩空氣下完全燃燒,請計算下列各項(計算至小數點後第 2 位,以下四捨五入)。(3 題,共 20 分)
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (三)

排氣於乾基條件之含氧量百分比為何?(10 分)

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排氣的乾基產物不包含水蒸氣。列出乾基產物各成分莫耳數並加總,計算氧氣在其中的莫耳比例。

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排氣產物中各乾基(不含水)成分之莫耳數如下: 二氧化碳 ($CO_2$):$2 kmol$ 氧氣 ($O_2$):$1.5 kmol$

小題 (一)

列出乙醇燃燒之化學反應式。(5 分)

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先寫出乙醇完全燃燒的理論反應式,再根據「50%過剩空氣」的條件調整反應物與生成物的氧氣及氮氣莫耳數。

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理論完全燃燒反應式: $C_2H_6O + 3(O_2 + 3.76 N_2) \rightarrow 2CO_2 + 3H_2O + 11.28N_2$ 在 50% 過剩空氣下,空氣供給量為理論值的 1.5 倍(即氧氣與氮氣皆乘 1.5):

小題 (二)

空氣中氮氣含量 79 %,氧氣含量 21 %,內燃機之空氣燃料比為何?(5 分)

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根據實際空氣量(莫耳數)與其平均分子量算出空氣總質量,再除以燃料乙醇的分子量即為空氣燃料比(AF ratio)。

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燃料乙醇 $C_2H_6O$ 之分子量為 $12 \times 2 + 1 \times 6 + 16 = 46 kg/kmol$。 由上題,空氣供應之氧氣莫耳數為 $4.5 kmol$,總空氣莫耳數為 $4.5 / 0.21 = 21.4286 kmol$。 空氣之視平均分子量 = $0.21 \times 32 + 0.79 \times 28 = 28.84 kg/kmol$。

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燃料燃燒反應分析與空氣燃料比計算
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