民國115年 高考三級 輪機技術 渦輪機
第1題
請繪製具再熱器之燃氣渦輪機系統裝置圖，以及該系統理論循環之壓力- 容積圖與溫度-熵圖，並說明其熱力循環之過程。（25 分）
題目
請繪製具再熱器之燃氣渦輪機系統裝置圖，以及該系統理論循環之壓力- 容積圖與溫度-熵圖，並說明其熱力循環之過程。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、系統裝置圖（以文字描述，考生依此繪製）：圖中依氣流方向依序標示壓縮機（Compressor, C）、燃燒室（Combustion Chamber, CC）、高壓渦輪（High Pressure Turbine, HPT）、再熱器（Reheater, RH）、低壓渦輪（Low Pressure Turbine, LPT）與發電機或負載，並以箭頭表示空氣與燃氣流向；各設備間標註狀態點1至6，另標示燃料入口、進氣口與排氣口。空氣經C壓縮後進入CC燃燒，燃氣先在HPT膨脹作功，再進入RH二次噴油燃燒升溫，最後於LPT膨脹作功並排至大氣。
- 二、壓力—容積圖（P-V diagram）：縱軸為壓力P、橫軸為比容v。1→2為等熵壓縮，曲線陡峭上升；2→3為等壓加熱，水平線向右；3→4為等熵膨脹；4→5為等壓再熱，於中間壓力水平向右；5→6為等熵膨脹至排氣壓力；6→1為等壓排熱。再熱使膨脹過程呈階梯狀，曲線所包圍面積增大，表示淨輸出功增加。繪圖時應標明各點壓力與容積關係及再熱壓力線。
- 三、溫度—熵圖（T-s diagram）：縱軸為溫度T、橫軸為熵s。1→2等熵壓縮近乎垂直上升；2→3等壓加熱向右上；3→4等熵膨脹垂直下降；4→5等壓再熱水平向右；5→6等熵膨脹垂直下降至排氣狀態；6→1等壓排熱向左下閉合。再熱段位於中間壓力等壓線上，使循環平均吸熱溫度提高，曲線所圍面積即淨功。
- 四、熱力過程與效率計算：η=(W_T−W_C)/Q_in，其中W_T=W_HPT+W_LPT，Q_in=Q_CC+Q_RH，W_C為壓縮功。再熱之目的在提高平均吸熱溫度、增加比功，並降低低壓段葉片之濕度或熱負荷。最佳再熱壓力約為最高壓力與排氣壓力之幾何平均（P_rh≈√(P_max·P_min)），過高或過低均使增益減少；實際判定須以分項效率與葉片冷卻條件核算。
- 五、限制與評述：再熱器增加燃燒室、管路與控制複雜度，提高製造成本與NOx排放，且部分負載時效率下降；高溫段葉片須強化冷卻與材料。答題時宜說明再熱雖提升比功，但效率增益取決於再熱壓力選擇與元件效率，並非必然提高。
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。