首頁 / 普通考試 輪機技術考古題 / 民國115年 普通考試 輪機技術 船舶輔機概要 民國115年 普通考試 輪機技術 船舶輔機概要考古題
民國115年 普通考試 輪機技術 船舶輔機概要收錄考選部官方試題，共 4 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。
題目與答案
請寫出理想氣體狀態方程式（Equation of State for Ideal Gas），並說明其
物理意義。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方） 一、理想氣體狀態方程式（Equation of State for Ideal Gas）可寫為 PV＝nRT，或以質量表示為 PV＝mR_sT。式中 P 為絕對壓力（Pa），V 為體積（m³），n 為莫耳數（mol），m 為質量（kg），R 為通用氣體常數約 8.314 J/(mol·K)，R_s 為比氣體常數，T 為絕對溫度（K）。使用時壓力須採絕對壓力，溫度須換算為克氏溫度。 二、其物理意義在於描述定量理想氣體在平衡狀態下，壓力、體積與溫度三個狀態參數間的函數關係；只要知道其中兩個，即可推算第三個。此式整合波以耳定律、查理定律與給呂薩克定律，並顯示氣體莫耳數增加或溫度升高時，在定壓下體積會增大。 三、從微觀模型看，理想氣體假設分子體積可忽略、分子間無引力或斥力，且碰撞為完全彈性；壓力源自分子撞擊壁面造成的動量變化，溫度則與分子平均平動動能成正比。因此此式適用於低壓、高溫、分子間距大的稀薄氣體。 四、對真實氣體而言，高壓、低溫或接近凝結點時，分子間作用力與分子體積不可忽略，需以壓縮因子 Z＝PV/(nRT) 修正，或採用凡得瓦方程式及冷媒性質表。船舶輔機計算壓縮機排氣量、空氣瓶儲氣量與通風換氣量時，常先以理想氣體式估算，再依實際工況修正。 五、應用時應注意穩態、均勻且無化學反應等假設；若氣體為蒸汽、濕空氣或接近飽和之冷媒，不可直接套用。計算題須先確認壓力為表壓或絕對壓、溫度單位及質量與莫耳數之換算，避免因單位不一致造成誤差。
請寫出熱傳遞的三種基本形式名稱。並說明何謂自然對流（Natural
convection）與強制對流（Forced convection），兩者在流體流動上有何本
質上的不同？（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方） 一、熱傳遞的三種基本形式為熱傳導（conduction）、熱對流（convection）與熱輻射（radiation）。熱傳導靠分子間動能傳遞，無明顯巨觀流動；熱對流靠流體流動攜帶熱量；熱輻射則以電磁波傳遞，不需介質，三者常同時發生。 二、自然對流（Natural convection）是因流體受熱後密度改變，在重力場中產生浮力而自行流動，例如熱壁面附近的空氣上升、機艙內設備表面散熱。其流速由溫差、流體性質與幾何形狀決定，通常以格拉曉夫數（Gr）與雷利數（Ra）描述，熱傳係數較低且不易精確控制。 三、強制對流（Forced convection）則由泵、風扇或壓縮機等外力造成壓力差，迫使流體流過熱交換面，例如海水冷卻泵、機艙通風機與滑油冷卻器。其流速由外部設備決定，常以雷諾數（Re）與普朗特數（Pr）建立紐塞爾數（Nu）相關式，熱傳係數通常較高。 四、兩者在流體流動上的本質不同，在於驅動來源：自然對流靠浮力，流動強弱與熱傳過程互相耦合；強制對流靠外部機械壓差，流速可獨立設定。前者邊界層較厚、易受安裝角度影響；後者邊界層較薄、雷諾數較高，常呈紊流而強化熱傳。 五、工程上可依熱負荷與空間選擇形式；自然對流適用低熱通量、低噪音場合，強制對流適用高熱通量但需考慮泵浦耗能與噪音。若自然與強制對流並存，應以較強者為主並評估混合對流；高溫時另須計入輻射，且汙垢與結垢會顯著降低實際效能。
試從經營效益、續航力、能源利用及輪機設備壽命四個方面，列舉造水
機對航行船舶的具體貢獻。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方） 一、造水機（fresh water generator）係利用海水淡化技術，將海水製成飲用水、洗滌水或鍋爐補給水。船上常見真空蒸餾式，利用主機缸套冷卻水或排氣餘熱，在低壓下使海水沸騰；亦有逆滲透（RO）式，以高壓泵迫使海水通過半透膜。 二、在經營效益方面，造水機使船舶在航行中自行產水，減少靠港買水、加水船作業與岸電供水費用，並降低倉儲與補給管理成本。淡水自給可減少裝載壓艙水或淡水艙的空間排擠，增加貨載彈性，亦可避免因港口水質不一造成的營運風險。 三、在續航力方面，船舶不必為淡水補給頻繁靠港或繞航，能延長海上作業時間與航程，對遠洋、離島與救援任務尤其重要。遭遇淡水艙汙染、管系洩漏或緊急事故時，造水機可提供備援水源，提升船舶自持力與任務韌性。 四、在能源利用方面，真空蒸餾式造水機可回收主機廢熱，將原本排至大氣的缸套水熱量用於蒸發海水，降低輔助鍋爐與冷卻系統負荷，提升整體熱效率。若採逆滲透式，則須以電能驅動高壓泵，應搭配能量回收裝置與離峰運轉策略，以降低單位產水能耗。 五、在輪機設備壽命方面，造水機提供品質較穩定之補給水，可減少鍋爐結垢、腐蝕與汽水共騰，並供冷卻水與洗滌系統使用，降低因水質不良造成之故障。惟蒸發器結垢、鹽水攜出與膜汙染會縮短設備壽命，須監測鹽度、定期清洗及實施水質處理。
請依序寫出冷凍系統之冷媒在系統內部循環時，所經過的四個核心過程
名稱及原理。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方） 一、冷凍系統之冷媒在密閉迴路中，依序經過壓縮（compression）、冷凝（condensation）、膨脹（expansion）與蒸發（evaporation）四個核心過程。冷媒周而復始地相變與流動，將低溫處熱量搬運至高溫處排放，形成製冷效果。 二、壓縮過程由壓縮機完成，低壓低溫之過熱蒸氣被吸入後壓縮為高壓高溫蒸氣。此過程須輸入機械功，理想情況視為等熵壓縮；實際因摩擦、熱損失與容積效率，排氣熵會增加。壓縮目的在提高冷媒壓力與凝結溫度，使其高於冷卻介質溫度而能放熱。 三、冷凝過程在高壓側冷凝器進行，高溫高壓冷媒蒸氣先被冷卻介質降溫，再於接近定壓下凝結為液體，並放出潛熱。冷凝器通常以海水或空氣為冷卻介質，出口可再過冷卻以提高製冷效果；冷凝壓力過高會增加壓縮功與排氣溫度。 四、膨脹過程由膨脹閥、毛細管或節流孔完成，高壓液態冷媒經節流後壓力與溫度驟降，形成低壓低溫之氣液混合狀態。理想節流可視為等焓過程；膨脹閥並依蒸發器出口過熱度調節流量，兼顧製冷量與壓縮機回液保護。 五、蒸發過程在蒸發器內進行，低壓液態冷媒吸收被冷卻物或艙間之熱量而沸騰，逐漸蒸發為低壓蒸氣，使周圍溫度下降。為保護壓縮機，出口須保持適當過熱度，避免液滴被吸入；蒸發完成後冷媒再回到壓縮機，循環重複。