民國115年 高考三級 輪機技術 內燃機
官方試題 PDF
題目
請說明柴油機定容循環、定壓循環及複合加熱循環之主要差異為何？ （25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、定義：定容循環（Constant Volume Cycle，Otto cycle）假設熱量在活塞上死點瞬間加入，容積不變；定壓循環（Constant Pressure Cycle，Diesel cycle）假設熱量在等壓下加入；複合加熱循環（Dual／Mixed Cycle，Sabathé cycle）則先等容、後等壓分段加入，較接近實際柴油機。
- 二、加熱與壓力上升差異：定容循環燃燒瞬間完成，壓力急遽上升，壓力升高比（pressure ratio）大，最高燃燒壓力高、震動與噪音大；定壓循環之壓力升高比為1，最高壓力較低，但需較大之膨脹行程；複合循環以定容度（壓力升高比）與停油比（cut-off ratio）兩參數描述，介於兩者之間。
- 三、熱效率比較：在相同壓縮比下，η（定容）>η（複合）>η（定壓），因等壓加熱在膨脹初期加入，平均加熱溫度較低。定容循環 η=1−1/r^(k−1)；定壓循環 η=1−[1/r^(k−1)]·[(ρ^k−1)/(k(ρ−1))]，其中 r 為壓縮比、ρ 為停油比、k 為比熱比。
- 四、圖形與應用：p-v圖上，定容循環的加熱過程為垂直線、定壓循環為水平線、複合循環為先垂直後水平之折線；T-s圖對應等容與等壓線段。實際船用柴油機因噴油與燃燒需時間，接近複合循環；汽油機接近定容循環；空氣噴射式柴油機接近定壓循環。
- 五、限制與比較條件：三者均為理想空氣標準循環假設（工作流體為理想氣體、比熱固定、無進排氣損失、燃燒視為外部加熱），故僅供趨勢比較；比較時須固定壓縮比或固定最高壓力、相同加熱量，否則結論不同。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。