기계기사(필기)-2012년 유체역학 년 3차 유체역학 29. 압력 7MPa, 온도 150 0C 상태에서

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1 기계기사(필기)-2012년 유체역학 1. 2012년 3차 유체역학 29. 압력 7MPa, 온도 150 0C 상태에서
압축성 인자값은 0.55 이다. 프로판의 비체적(m3/kg)은 얼마인가 ? (단, 기체상수 R = kJ/kg·K 이다.) ⑴ ⑵ ⑶ ⑷ ☞ 비체적(m3/kg)은 1 kg 이 차지하는 부피이다. ▪ PV=ZGRT 에서 G = 1 kg 일때 부피가 비체적이다. ▪ V= 𝐙𝐆𝐑𝐓 𝐏 ☞ G = 1 kg 일때 V= 𝐙𝐑𝐓 𝐏 ☞ G = 1 kg 을 대입 ▪ V= 𝟎.𝟓𝟓 ×𝟏×𝟏𝟖𝟔.𝟔×𝟒𝟐𝟑 𝟕𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎 = m3

2 32. 등엔트로피 과정에 해당하는 것은 ? ⑴ 가역 단열과정 ⑵ 가역 등온과정 ⑶ 비가역 단열과정 ⑷ 비가역 등온과정

3 기계기사(필기)-2012년 유체역학 ■ 2012년 2차 유체역학

4 24. 고도 (h)에 따른 기체의 압력(p)을 구하는 미분 방정식은 𝒅𝒑 𝒅𝒉 = - γ 이다.
(γ = 기체의 비중량) 고도에 관계없이 일정 온도 T = 300 K를 유지하는 이상기체에서 h = 0 에서 압력이 100 kPa 이며 h = 300 m 에서 압력은 몇 kPa인가 ? (단, 기체상수 R = kJ/kg·K 이다.) ⑴ ⑵ ⑶ ⑷ 96.6 𝒅𝒑 𝒅𝒉 = - γ ☞ dp = - γ dh 지면의 압력을 P0, 고도 h 의 압력을 P 라고 하자. 𝑷𝟎 𝑷 𝒅𝑷 = - 𝟎 𝒉 𝜸 𝒅𝒉 ∴ P – P0 = - γh ☞ P = P0 - γh γ = ρg ☞ 밀도란 부피 1 m3 의 질량이다. PV = GRT 에서 V = 1 m3 일 때 질량 G를 구한다. G = PV RT = × × kg = kg ☞ 부피 1 m3 일때의 질량이므로 밀도이다.

5 27. 부피 1 m3인 용기 내의 기체 압력이 200 kPa 이라면, 이 기체 전부를 내용적 3 m3 인 용기로 옮겼을 때 기체의 압력은 약 몇 kPa 인가 ? ( 단, 기체 온도는 일정하며 이상기체로 간주한다.) ⑴ ⑵ 50 ⑶ ⑷ 600 PV = nRT 공식에서 P1V1 = nRT1 P2V2 = nRT2 문제에서 온도는 일정하므로, T1 = T2 ∴ P1V1 = P2V2 ∴ 1 × 200 = 3 × P2

6 34. 온도차이 ΔT, 열전도율 k, 두께 x, 열전달 면적 A인 벽을 통한 열전달률이 Q이다
34. 온도차이 ΔT, 열전도율 k, 두께 x, 열전달 면적 A인 벽을 통한 열전달률이 Q이다. 다른 조건은 동일한 상태에서 벽의 열전도율이 4배가 되고 두께가 2배가 되는 경우 열전달률은 Q의 몇 배가 되는가 ? ⑴ ½ ⑵ 1 ⑶ 2 ⑷ 4 열전달율 Q = k ΔT Δx ☞ k 가 4배가 되고 Δx 가 2배가 되므로 열전달율은 2배

7 36. 100 kPa,400 K의 공기(기체상수 = 287 J/kg·K) 0.2 m3과
150 kPa, 450 K 미지기체 0.3 m3 의 질량의 합이 0.7 kg 이라면 미지기체의 기체상수는 몇 J/kg·K 인가 ? ( 단, 공기 및 미지의 기체는 모두 이상기체로 가정한다.) ⑴ ⑵ ⑶ ⑷ 378 PV = GRT 공식에서 P1V1 = G1R1T1 P2V2 = G2R2T2 ☞ G1 + G2 = 0.7 kg G1 = P1V1 R1T1 = 105 × × kg = kg ☞ G2 = kg R2 = P2V𝟐 G2T2 = 1.5 × 105 × × 450

8 39. 토출량과 토출 압력이 각각 Q[L/min], P[kPa] 이고,
특성 곡선이 서로 같은 두 대의 소화 펌프를 병렬 연결하여 두 펌프를 동시 운영하였을 경우 총 토출량과 총 압력은 각각 어떻게 되는가 ? ⑴ 총토출량 : Q[L/min] 총토출압력 : P[kPa] ⑵ 총토출량 : 2Q[L/min] 총토출압력 : 2P[kPa] ⑶ 총토출량 : Q[L/min] 총토출압력 : 2P[kPa] ⑷ 총토출량 : 2Q[L/min] 총토출압력 : P[kPa]

9 기계기사(필기)-2012년 유체역학 ■ 2012년 1차 유체역학

10 압력× 체적유량 (P×Q)과 같은 차원을 갖는 물리량은 ?
㈎ 부력 ㈏ 일 ㈐ 동력 ㈑ 표면장력

11 24. 펌프이 출구와 입구에서 높이 차이와 속도 차이는 매우 작고 압력 차이는 ΔP일 때 비중량 γ인 액체를 체적 유량 Q 로 송출하기 위하여 필요한 펌프의 최소 동력은 ?
㈎ γQΔP ㈏ QΔP γ ㈐ QΔP ㈑ γ 2 QΔP

12 30. 온도 800C인 고체 표면을 400C의 공기로 강제대류 열전달에
의해서 냉각한다. 대류열전달 계수를 20 W/m2 ·K 라고 할 때 고체 표면의 열 유속은 몇 W/m2 인가 ? ㈎ ㈏ ㈐ ㈑ 800

13 34. 카르노 사이클로 작동하는 열기관이 800 K의 고열원과 300 K 저열원 사이에서 작동할 때 이 열기관의 효율은 ?
㈎ 37.5% ㈏ 50% ㈐ 62.5% ㈑ 66.7% 효율 = 𝟖𝟎𝟎 −𝟑𝟎𝟎 𝟖𝟎𝟎

14 35. 압력 200 kPa, 온도 600C의 공기 1 kg 이 이상적인 폴리트로픽 과정으로 압축되어 압력 2 MPa, 온도 2500C로 변하였을 때 이 과정 동안의 일의 양은 약 몇 kJ인가 ? (단, 기체상수는 kJ/kg·K 이다.) ㈎ ㈏ ㈐ ㈑ 232 𝑻𝟏 𝑻𝟐 = 𝑷𝟏 𝑷𝟐 𝜸−𝟏 𝜸 W = 𝜸 𝜸−𝟏 (𝑷𝟐𝑽𝟐−𝑷𝟏𝑽𝟏 ) = 𝜸 𝜸−𝟏 GR(𝑻𝟐−𝑻𝟏) 𝑻𝟏 𝑻𝟐 = 𝟑𝟑𝟑 𝑲 𝟓𝟐𝟑 𝑲 = 𝟐𝟎𝟎 𝒌𝑷𝒂 𝟐𝟎𝟎𝟎 𝒌𝑷𝒂 = 𝜸−𝟏 𝜸 𝜸−𝟏 𝜸 ln 0.1 = ln ☞ 𝜸−𝟏 𝜸 = 𝐥𝐧 𝟎.𝟔𝟑𝟕 𝐥𝐧 𝟎.𝟏 = 0.195 ∴ 𝜸 = 1.24

15 38. 어떤 기체 1 kg이 압력 50 kPa, 체적 2 m3 의 상태에서 압력 1000 kPa, 체적 0
38. 어떤 기체 1 kg이 압력 50 kPa, 체적 2 m3 의 상태에서 압력 1000 kPa, 체적 0.2 m3 의 상태로 변환하였다. 이때 내부에너지의 변화가 없다고 하면 엔탈피의 증가량은 몇 kJ 인가 ? ㈎ ㈏ ㈐ ㈑ 0 엔탈피 H = U + PV ☞ ΔH = ΔU + Δ(PV) Δ(PV) = V ΔP + P ΔV ☞ 계산방법은 ? ΔH = Δ(PV) = P2V2 - P1V1 = 1000 kPa, × 0.2 m kPa,× 2 m3 = 100 kJ

16 기계기사(필기)-2013년 유체역학 1. 2013년 3차 유체역학 25. 폴리트로픽 변화의 일반식 ( PVn = 정수)에서
⑴ 등압변화 ⑵ 등온변화 ⑶ 단열변화 ⑷ 폴리트로픽 변화 V0 = 1 에서 PV0 = P = 정수

17 28. 그림과 같이 소방선 폄프가 물에 담긴 관으로부터 해수(비중 = 1.03)
를 끌어들여 노즐로 통해 방수한다. 펌프 효율이 60 % 이고 펌프 동력이 305 hp 일 때 펌프 내부를 제외한 총 손실수두는 대략 얼마인가 ? ( 단, 1 hp = 746 W , 물의 비중량 = 9790 N/m3 이다.) ⑴ 0.4 m ⑵ 1.4 m ⑶ 2.4 m ⑷ 3.4 m 동력 P = 𝜸𝐇𝐐 𝜼 · K [W] ☞ H = 𝜼𝐏 𝜸𝐐 [m] ( K = 1 ) ☞ H = 실양정 + 𝐕𝟐 𝟐𝒈 + 마찰수두 = 8 m m + hL = m + hL ∴ H = 𝜼𝐏 𝜸𝐐 [m] = m + hL 𝜼𝐏 𝜸𝐐 = 𝟎.𝟔 ×𝟑𝟎𝟓 × 𝟕𝟒𝟔 𝟗𝟕𝟗𝟎× 𝟏.𝟎𝟑 × 𝟎.𝟎𝟗𝟖𝟏𝟑 [m] = [m] ∴ hL = 2.4[m]

18 30. 물을 개방된 용기에 넣고 대기압 하에서 계속 열을 가하여도
액체의 물이 남아 있는 한 물의 온도가 100 0C 이상 올라가지 않는 것과 가장 관계 있는 것은 ? ⑴ 공급된 열이 모두 물의 내부에너지로 저장되기 때문이다. ⑵ 공급되는 열, 물의 온도 및 주위 온도와의 사이에서 평형상태에 있기 때문이다. ⑶ 물이 1000C 에서 비등하기 때문이다. ⑷ 공급되는 열량이 1000C 에서 한계에 도달하였기 때문이다.

19 기계기사(필기)-2013년 유체역학 년 1차 유체역학

20 36. 표면 온도가 900 C인 표면(방사율 0. 9)이 큰방에 그림과 같이 놓여 있다
36. 표면 온도가 900 C인 표면(방사율 0.9)이 큰방에 그림과 같이 놓여 있다. 주위 및 방의 벽 온도는 100 C 이다. 표면의 면적이 2 m2일 때 대류 및 복사에 의한 표면에서의 전체 열전달은 약 몇 kW인가 ? (단 Stefan-Boltzman 상수는 ×10-8 W/m2·K4 대이고 대류 열전달 계수는 10 W/m2·K 이다.) ⑴ ⑵ ⑶ ⑷ 7.82 복사 에너지율 q = sAe (T T14) 대류 에너지율 q = hA (t t1) = ×10-8 W/m2·K4 A= 2 m2 e =0.9 T2 = (273+90) K = 363 K T1 = (273+10) K = 283 K h = 10 W/m2·K t2 = 900 C t1 = 100 C

21 38. 온도 1500 C, 95 kPa에서 2 kg / m3 의 밀도를 갖는 기체의 분자량은 ?( 단, 기체상수는 J/mol·K 이다.) ⑴ ⑵ ⑶ ⑷ 90 부피 1 m3 당 질량을 밀도라고 한다. ☞ 부피 1 m3 당 질량이 2 kg 분자량이란 1 몰의 질량이다. PV = nRT 에서 V = 1 m3 일 때 몰 수를 구한다. n = 𝐏𝐕 𝐑𝐓 = 𝟗𝟓𝟎𝟎𝟎×𝟏 𝟖.𝟑𝟏𝟒×𝟒𝟐𝟑 mol = 27 mol ☞ V = 1 m3 일 때 27 몰이고 이때 질량은 2 kg 이다. ∴ 1 몰의 질량은 74 g

22 기계기사(필기)-2013년 유체역학 1. 2013년 2차 유체역학
21. 경사 마노미터의 눈금이 38mm 일때 압력 P를 계기 압력으로 표시하면 ? ⑴ 15.2Pa ⑵ 149Pa ⑶ 186Pa ⑷ 298Pa 𝐏 = ρgh = 800 kg/m3 × 9.8 m/s2 × sin300 m

23 24. 어떤 펌프의 회전수와 유량이 각각 10%와 20% 늘어났을 때 원래 펌프와 기하학적으로 상사한 펌프가 되려면 지름은 얼마나 늘어나야 하는가 ?
⑴ 1.5% ⑵ 2.9% ⑶ 5.0% ⑷ 7.1% 토출량 비 N2 = 1.1 N1, Q2 = 1.2 Q1 를 대입하여 D2 와 D1,의 비를 구한다.

24 nR = 𝐏𝟏𝐕𝟏 𝐓𝟏 = 𝐏𝟐𝐕𝟐 𝐓𝟐 ☞ V1 = V2 이므로 P2 = 𝐏𝟏𝐓𝟐 𝐓𝟏
30. 피스톤 실린더로 구성된 용기안에 온도 638.5K, 압력 1372 kPa 상태의 공기(이상기체)가 들어 있다. 정적과정으로 이 시스템을 가열하여 최종온도가 1200 K가 되었다. 최종 압력은 약 몇 kPa 인가 ? ⑴ ⑵ ⑶ ⑷ 2579 P V = nRT 공식에서 몰수 n은 일정하다. P1 V1 = nRT1, P2 V2 = nRT2 문제에서 정적과정이므로, V1 = V2 nR = 𝐏𝟏𝐕𝟏 𝐓𝟏 = 𝐏𝟐𝐕𝟐 𝐓𝟐 ☞ V1 = V2 이므로 P2 = 𝐏𝟏𝐓𝟐 𝐓𝟏 P2 = 𝐏𝟏𝐓𝟐 𝐓𝟏 = 𝟏𝟑𝟕𝟐 × 𝟔𝟑𝟖.𝟓 𝟏𝟐𝟎𝟎 kPa = 2579 kPa

25 33. 물체의 표면 온도가 1000C 에서 4000C 로 상승하였을 때 물체 표면에서 방출하는 복사 에너지는 약 몇 배가 되는가 ?
(단, 방사율은 일정하다고 가정한다.) ⑴ 2 ⑵ 4 ⑶ ⑷ 258 P = sAe T4 𝑸 𝑸𝟎 = 𝑻𝟒 𝑻𝟎𝟒 = 𝟐𝟕𝟑+𝟒𝟎𝟎 𝟒 𝟐𝟕𝟑+𝟏𝟎𝟎 𝟒 = 10.6

26 38. 효율이 50 % 인 펌프를 이용하여 저수지의 물을 1초에 10 L씩
30 m위쪽에 있는 논으로 퍼 올리는데 필요한 동력은 약 몇 kW인가 ? ⑴ ⑵ ⑶ ⑷ 5.88

27 39. 역 Carnot 사이클로 작동하는 냉동기가 300 K 의 고온열과 250 k의 저온열원 사이에서 작동할 때 이 냉동기의 성능계수는 얼마인가 ?
⑴ ⑵ 3 ⑶ 5 ⑷ 6 성능계수 = 저온 일 = 5

28 40. 다음 중 열역학 1,2 법칙과 관련하여 틀린 것을 모두 고르면 ?
⑴ 단열 과정에서 시스템의 엔트로피는 변하지 않는다. ⑵ 일을 100 % 열로 변환시킬 수 있다. ⑶ 일을 가하면 저온부로부터 고온부로 열을 이동시킬 수 있다. ⑷ 사이클 과정에서 시스템이 한일은 시스템이 받은 총열량과 같다. ㈎ ⑴ ㈏ ⑴,⑵ ㈐ ⑵⑷ ㈑ ⑶⑷

29 기계기사(필기)-2013년 유체역학 년 1차 유체역학

30 q = k Δ𝐓 Δ𝒙 공식에서 ㈎ 10 ㈏ 20 ㈐ 40 ㈑ 80 q = 5 200C 𝟎.𝟐𝒎 = 10 400C 𝒕
27. 온도차이 200C, 열전도율 5 W/(m·K), 두께 20 cm인 벽을 통한 열유속과 온도차이 400C, 열전도율 10W/(m·K), 두께 t cm인 같은 면적을 가진 벽을 통한 열유속이 같다면 두께 t 는 몇 cm 인가 ? ㈎ ㈏ ㈐ ㈑ 80 q = k Δ𝐓 Δ𝒙 공식에서 q = C 𝟎.𝟐𝒎 = C 𝒕

31 31. 이상적인 열기관 사이클인 카르노사이클의 특징으로 맞는 것은 ?
㈎ 비가역 사이클이다. ㈏ 공급열량과 방출 열량의 비는 고온부의 절대온도와 저온부의 절대온도의 비와 같다. ㈐ 이론 열효율은 고열원 및 저열원의 온도만으로 표시된다. ㈑ 두 개의 등압 변화와 두개의 단열변화로 둘러쌓인 사이클이다.

32 [1] 카르노 사이클 ▪ 고 열원에서 열을 공급받아 일로 전환과정에서 최대의 효율을 가지는 기관 P • 1→2 : 등온 팽창 고온 TI에서 열 Q1 을 흡입하여 팽창 Q1 • 2→3 : 단열팽창 열을 차단하고 팽창, 온도가 감소 1 2 • 3→4 : 등온 압축 저온 TII 에 서 열 Q2를 방출하며 압축 T1 • 4→1 : 단열 압축 열을 차단하고 압축 4 3 ☞ 유효일 W = Q1 - Q2 Q2 T2

33 35. -150C 얼음 10g을 1000C 증기로 만드는데 필요한 열량은 몇 kJ인가
C 얼음 10g을 1000C 증기로 만드는데 필요한 열량은 몇 kJ인가 ? ( 단, 얼음의 융해열은 융해열은 333 kJ/kg, 물의 증발잠열은 2256 kJ/kg, 얼음의 평균비열은 2.1 kJ / kg · K, 물의 평균비열은 4.18 kJ / kg · K 이다) ㈎ ㈏ ㈐ ㈑ 35.2 step C 얼음 10g을 00C 얼음으로 만든다. Q1 = m ×cice × ( 0 – (– 15)) oC = kg × 2.1 kJ/kg · oC × 15 oC = kJ step 2 00C 얼음 10g을 00C 물로 만든다. Qf = m Lf = kg × 333 kJ/kg = 3.33 kJ step 3 00C 물 10g을 1000C 물로 만든다. Q2 = m ×cw × ( 100 – 0 ) oC = kg × 4.18 kJ/kg · oC × 100 oC = kJ step C 물 10g을 1000C 수증기로 만든다. Qv = m Lf = kg × 2256 kJ/kg = kJ

34 38. -100C, 6기압의 이산화탄소 10 kg이 분사노즐에서 1기압까지 가역 단열 팽창하였다면 팽창 후의 온도는 몇 0C가 되겠는가 ?
( 단, 이산화탄소의 비열비는 이다.) ㈎ ㈏ ㈐ ㈑ -115 ☞ 폴리트로픽 과정 𝑻𝟏 𝑻𝟐 = 𝑷𝟏 𝑷𝟐 𝜸−𝟏 𝜸 𝟐𝟔𝟑 𝑻𝟐 = 𝟔 𝟏 𝟎.𝟐𝟖𝟗 𝟏.𝟐𝟖𝟗 = 1.494 ∴ 𝑻𝟐 = 176 K ☞ C

35 유체역학 (Fluid Mechanics)
6장 소방유체관련 열역학 예상문제 6장 소방유체관련 열역학

36 ◘ 폴리트로픽 과정의 예 29. 압력 P1=100 kPa, 온도 T1=300 K, 체적 V1=1.0m3인 밀폐계의 이상기체가 PV 1.3 = 일정인 폴리트로픽과정을 거쳐 압력 P2=300kPa 까지 압축된다면 최종상태의 온도 T2 는 대략 얼마인가 ? ① 350K ② 390K ③ 430K ④ 470K ☞  = 1.3

37 ◘ 폴리트로픽 과정의 예 24. 피스톤-실린더로 구성된 용기 안에 140 kPa, 10 0C의 공기(이상기체)가 들어있다. 이 기체가 PV 1.5 = 일정인 폴리트로픽 과정을 거쳐 압력 800kPa 까지 압축된다면 이때 공기의 온도는 약 [0C] 인가 ? ① C ② C ③ C ④ C

38 3) 20 oC의 물 0.4 kg을 사용하여 거실의 화재를 소화하였다.
기계 기출문제 3) 20 oC의 물 0.4 kg을 사용하여 거실의 화재를 소화하였다. 이 물 0.4 kg이 기화하는데 흡수한 열량은 몇 Kcal 인가 ? ☞ 20 oC 의 물 0.4 kg이 100 oC 의 물이 된 후에 수증기로 증발한다 Q1 = m ×cw × ( 100 oC –20 oC ) = 0.4 kg × 80 oC × 1 kcal / kg · oC = 32 Kcal Qv = m Lv = 0.4 kg × 539 Kcal/kg = Kcal ∴ 전체열량 Q = Q1 + Qv = Kcal

39 예) -15 oC 어름 10 g 을 100 oC 증기로 만드는데 필요한 열량은 몇 [kJ] 인가 ?
-2009년 2차 시험 예) -15 oC 어름 10 g 을 100 oC 증기로 만드는데 필요한 열량은 몇 [kJ] 인가 ? ( 단, 어름의 융해열은 335 kJ/kg, 물의 증발 잠열은 2,256 kJ/kg, 어름의 평균비열은 2.1 kJ/kg·K, 물의 평균비열은 4.18 kJ/kg·K 이다.) ㉮ ㉯ ㉰ ㉱ 35.2

40 예제 6-9) 실린더 내의 혼합가스 3[kg]을 압축하는데 소비된
일이 15[kJ] 이었다. 혼합가스의 내부에너지는 1[kg]에 대하여 3.36[kJ] 증가했다면, 방출된 열량은? DQ = DU + DW 관계식에서 DU = 3.36 [kJ/kg] × 3 [kg] = 10.08[kJ] 여기서 DW < 0 → DW = -15 [kJ] ∴ DQ = DU + DW = [kJ] : 발열량

41 예제 6-6) 어느 계에 50 [kJ]을 공급했다. 이 계가 외부에 대해 20,000[J]의 일을 했다. 내부에너지 증가량은?
dQ = dW + dU 에서 dQ > 0, dW > 0 ∴ dQ = dW + dU → 50 [kJ]= 20,000 [J] + dU ∴ dU = 30 [kJ]

42 예제 6-8) 1 [kg]의 가스가 압력 50 [kPa] 체적 2.5 [m3] 상태에서
압력 1.25 [MPa], 체적 0.2 [m3] 의 상태로 변화하였다. 만약 가스의 내부 에너지가 일정하다면 엔탈피 변화는? ΔH = ΔU + Δ(PV) 관계식에서 ΔU = 0 이므로, ΔH = Δ(PV) = P2V2 - P1V1 = 1.25×103 [kPa] × 0.2 [m3] – 50 [kPa] × 2.5 [m3] = 125 [kJ]

43 예제 6-17) 카르노 열기관이 7000C의 고열원으로부터 600[kcal]의 열량을
Q2 = ( ) Q1 = [kcal]

44 6장 객관식 C 와 100 0C 인 두 액체가 혼합되어 열평형을 이루었을 때 틀린 것은 ? ⑴ 50 0C 의 액체에서는 엔트로피가 증가하고 100 0C 의 액체에서는 감소한다. ⑵ 엔트로피의 변화가 없다. ⑶ 비가역과정 이므로 계 전체에서 엔트로피가 증가한다. ⑷ 엔트로피의 변화는 변화된 온도 구간에 대하여 적분하여 구한다.

45 6장 객관식 3. 다음은 열역학 제2법칙을 설명한 것이다. 잘못된 것은 ? ⑴ 열효율 100 % 기관은 제작 불가능하다. ⑵ 열은 스스로 저온체에서 고온체로 이동할 수 없다. ⑶ 제2종 영구기관은 동작물질의 종류에 따라 존재할 수 있다. ⑷ 열기관의 동작물질에 일을 하게 하려면 그보다 낮은 열저장소가 필요하다.

46 6장 객관식 4. 다음은 엔트로피에 대한 설명이다. 틀리게 설명한 것은 ? ⑴ 비가역 단열 변화에서 상태후의 엔트로피는 상태전의 엔트로피보다 더 크다. ⑵ 가역변화가 없는 자연계에서는 엔트로피는 항상 증가한다. ⑶ 가역 단열변화에서는 엔트로피는 항상 일정하다. ⑷ 비가역 단열변화에서는 엔트로피는 최초상태와 최종상태에만 관계된다.

47 26. 다음 중 가역단열 과정에서 엔트로피 변화 ΔS 는 ?
-2008년 2차 시험 26. 다음 중 가역단열 과정에서 엔트로피 변화 ΔS 는 ? ⑴ ΔS > ⑵ 0 < ΔS <1 ⑶ ΔS = ⑷ ΔS = 0

48 예제) 1 [atm], 0oC 에서 C2H2 26 [kg]을 완전 연소하기 위해 산소는 몇 [m3]가 필요한가 ?
☞ 연소 방정식을 세운다 : C2H2 1 [mol]은 26 [g] 이므로 C2H2 26 [kg]은 1000 [mol] 에 해당  산소(O2)는 2500[mol] 이 필요  따라서 1 [atm] 0oC 산소(O2) 2500[mol] 의 체적을 구하면 된다 ► 1 [atm], 0oC 에서 기체 1 mol의 체적은 22.4[L] ∴ 1 [atm], 0oC 에서 산소 2500 [mol] 의 체적은 = 22.4 × 10-3 ×2500 [m3] = 56 [m3]

49 예제) STP(1 [atm], 0oC) 에서 C2H6 4.5 [L]를 완전 연소하기 위해 산소는 몇 [L]가 필요한가 ?
☞ 연소 방정식을 세운다 ; C2H O2  CO H2O 7/2 2 3 C2H6 1 [mol]을 완전 연소하는데 O2 는 7/2 [mol]이 필요하다 STP(1 [atm], 0oC) 에서 1 [mol]은 22.4[L]  4.5[L]는 0.2 [mol]  산소는 0.7[mol] 이 필요 ∴ 1 [atm], 0oC 에서 산소 0.7 [mol]의 체적은 V = 22.4 ×0.7 [L] = 15.68[L] = [m3]

50 ■ 기계 필기문제 26. 어떤 이상기체 5 kg이 압력 200 kPa, 온도 250C 상태에서 체적 1.2 m3 를 나타낸다면 기체상수는 약 몇 [kJ/kg∙K] 인가 ? ㉮ ㉯ ㉰ ㉱ PV = GRT 에서 (G는 질량)

51 ■ 2008년 1차 기계 필기문제 22. 압력이 1.38 MPa, 온도가 38 0C 인 공기의 밀도는 약 몇 [kg/m3]인가 ? ( 단, 기체 상수는 kJ/kmol·K, 공기의 분자량은 이다.) ㉮ ㉯ ㉰ ㉱ 18.1

52 ■ 2011 기계 필기문제 23. 견고한 밀폐 용기안에 어떤 물질 1kg이 압력 2MPa, 온도 2500C 상태에 있으며 압축성 인자 (Z=Pv/RT) 값은 0.9232이다. 이 물질의 기체 상수가 kJ/kg· K 일때 용기의 체적은 몇 m3인가? PV = ZGRT 에서 (G는 질량)

53 예제 6-22) 공기 1[kgf]를 1200C에서 2000C 가열 시 정압,정적인 경우
엔트로피 증가량은 ? (단, 정적비열 Cv=0.171[kcal/kgf oK], 정압비열 CP=0.24[kcal/kgf oC] ) ① 정적과정 ② 정압과정

54 예제 6-23) 공기 1[kgf]를 온도250C, 정압 3[kgf/cm2] 에서 가열되어
(단, CP=0.24[kcal/kgf oC], R=29.27[kgf ∙m/kgf oK], x=1.4) ① 가열량 정압과정이므로, dq=Cp dT ∴ Δq= Cp DT = 0.24[kcal/kgf oC] × 2550C = 61.2 [kcal/kgf] ∴ 1[kgf] 에 대해, Q = 1[kgf] × 61.2 [kcal/kgf] = 61.2 [kcal] ③ 내부에너지 변화량 ΔU ΔU = G Cv ΔT = 1 [kgf] × [kcal/kgf oC] × 255 0C = [kcal] → Cp = 1.4 Cv ∴ Cv = 0.171[kcal/kgf oC]

55 ⑤ 엔트로피 변화량 ΔS ☞ ΔS = [kcal/oK]

56 예제6-34) 열전도도 k =0.9 [kcal/mh0C]인 재질의 평면벽 양쪽의
온도가 8000C와 1000C 인 벽을 통한 열전달율이 단위면적, 단위시간 당 1400 [kcal/m2·h]일때, 벽의 두께는?

57 예제6-35) 두께 240[mm]의 내화 벽돌이 120[mm]의 단열 벽돌 및
보통벽돌로 되어 있는 노벽이 있다. 각각의 열전도도는 1.2, 0.05, 0.5 [kcal/m·h·0C]이다. 노벽 내면의 온도가 13000C, 외면은 1500C 인 벽을 단위면적당 매시 손실열량은?

58 유체역학 (Fluid Mechanics)
7장 펌프 및 송풍기예상문제

59 예제7-2) 양수장치를 설계하고자 하는데 취급하는 액체는 500C 맑은 물이고, 흡입액면에 작용하는 압력은 대기압이며, 송출액면의 압력은 5[kgf /cm2]이다. 실양정은 30[m], 전체 손실수두는 5[m]이며, 흡입관과 송출관에서 유속이 같다면 전양정은?(단, 500C 맑은 물의 밀도는 kg/m3 이다.) ☞ γ = ρg = × 9.8 [N/m3]

60 예제7-3) 펌프를 운전해서 정격유량을 수송하고 있을 때, 압력계와 진공계의 눈금이 각각 38[m],2[m], 압력계와 진공계 수직거리가 40[cm]일때 계기양정은? (단, 흡입관과 송출관의 지름은 같다) 40.4[m]

61 ☞ 즉, 수두 H 에 유량 Q를 수송할때 필요한 동력 P 는,
7-4 폄프의 동력 및 효율 [1] 펌프의 동력 ☞ 즉, 수두 H 에 유량 Q를 수송할때 필요한 동력 P 는, ( 유량 Q의 단위 [m3/s] ) (유량 Q의 단위 [m3/min])

62 에제7.5) 어떤 펌프의 토출량이 0.006 [m3/min], 전양정 25[m],
효율 65%, 전달계수가 1.1 일 때, 전동기의 용량은 ? Q = [m3/min], H = 25 [m], K = 1.1, h = 0.65

63 2011년 기계기사 2차 28. 유량이 0.5 m3/min일 때 손실수두가 5m인 관로를 통하여 20m 높이 위에 있는 저수조로 물을 이송하고자 한다. 펌프의 효율이 90%라고 할 때 펌프에 공급해야 하는 전력은 약 몇 kW인가? 전수두 H는 얼마인가 ? (수두 1 m는 9800 Pa = 9.8 kPa) 전수두 H = 위치두 + 압력두 + 마찰두 = 20 m + 0 m + 5 m = 25 m 2.264 [kW]

64 2010년 기계기사 3차 37. 물을 m3/s의 유량으로 퍼 올리고 있는 펌프가 있다. 흡입측 계기 압력은 - 3 kPa 이고 이보다 100 m 위에 위치한 곳의 계기 압력은 100 kPa이다. 배관에서 발생하는 마찰손실이 14 m 라 할때 펌프가 물에 가해야 할 동력은 몇 kW인가 ?(단, 흡입, 송출측 관지름은 모두 100 mm이고 물의 밀도는 1000 kg / m3이다.) ㉮ ㉯ 16.7 ㉰ ㉱ 30.5 ( Q [m3/s], H [m] ) 전수두 H는 얼마인가 ? (수두 1 m는 9800 Pa = 9.8 kPa) 전수두 H = 위치두 + 압력두 + 마찰두 = 100 m m + 14 m = m

65 에제7. 6) 운전중의 펌프의 압력을 조사하였더니, 토출측 압력계는 5
에제7.6) 운전중의 펌프의 압력을 조사하였더니, 토출측 압력계는 5.5 [kgf /cm2], 흡입측의 진공계는 100 [mmHg]이다. 압력계는 진공계보다 30 [cm] 높은데 설치되어 있다 다음 물음에 답하시오. ① 펌프의 전양정 5.5 [kgf /cm2] = 55 [mAq], 100 [mmHg] = 1.36 [mAq] ∴ 전양정 H = 55 [mAq] [mAq] [mAq] = [mAq] ② 펌프의 토출량이 260 [l/min]이다. 펌프의 기계효율이 0.7, 수력효율이 0.9, 체적효율이 0.95 이다. 축동력(KW)은 ? 전효율 η = 0.7 × 0.9 × 0.95 = 0.6 축동력(KW) = 4 [kW] ③ 전동기의 용량은 ? 전동기용량(KW) = 축동력 ∙ 전달계수 = 4.4 [kW]

66 7.596 [KW] 예제 7-22) 다음 그림과 같이 포소화 설비를 하였다. 아래 물음에 답하시오.
(단 포헤드의 방사압두는 25[m], 배관상의 총마찰손실은 12[m], 펌프효율 60%, 전달계수 1.1임) ①최소 전양정은? 25 [m] + 12 [m] [m] = 39.5 [m] ②펌프동력은? (단 토출량은 [lpm]임) Q = l /min = m3/min 7.596 [KW]

67 2011년 기계기사 3차 35. 회전속도 N(rpm) 일 때 송출량 Q( m3/min), H(m)인 원심폄프를 상사한 조건에서 회전속도를 1.4N(rpm) 으로 바꾸어 작동할 때 유량 및 전양정은? 토출량 비 양정 비 동일한 펌프이므로 D1 = D2 송출량은 1.4배, 양정비는 1.42 = 1.96

68 → 1.21 H 2011년 기계기사 2차 35. 회전속도 1000 rpm 일 때 송출량 Q[m3/min], 전양정 H[m]인
원심펌프가 상사의 조건에서 송출량이 1.1 이 되도록 회전 속도를 증가시킬 때 전양정은 ? 토출량 비 양정 비 ▪ 동일한 펌프이다. ☞ D1= D2 → 1.21 H

69 에제7. 9) 어떤 폄프가 2000[rpm]으로 회전하며, 전양정 100[m]에, 0. 25[m3/s]의 수량을 방출한다
에제7.9) 어떤 폄프가 2000[rpm]으로 회전하며, 전양정 100[m]에, 0.25[m3/s]의 수량을 방출한다. 이것과 상사로서 크기가 2배되는 펌프가 1500[rpm]으로 운전할 때, 수량은 몇 [m3/s] 인가? 토출량 비

70 에제7.11) 주파수가 50[Hz] 지역에서 펌프의 회전수가 1450[rpm] 인 경우에 양정 25[m]유량 4[m3/s], 축동력 22[KW]인 펌프가 60[Hz]지역에서 회전수가 1740[rpm]으로 된다면, 축동력은? 축동력 비 ▪ 동일한 펌프 ☞ D1= D2 축동력

71 26. 양정 50 m, 회전수가 600 rpm 인 펌프가 있다. 회전수를 800 rpm 으로 하면 양정은 몇 m가 되겠는가 ?

72 7장 주관식 2. 펌프 양수량이 0.6 [m3 / min], 관로의 전손실수두가 5m인 펌프가 펌프 중심으로 부터 1m 아래에 있는 물을 높이 20 m의 송출 액면에 양수하고자 할 때 펌프의 축동력은 얼마인가 ? ( 단, 펌프의 효율은 0.6 이다. )

73 11. 어떤 펌프가 2,000 rpm 으로 회전하여 전양정 100 m에 0.15 [m3 / s]의 수량을 방출한다. 이것과 상사로서 크기가 2배 되는 펌프가 1500 rpm 으로 운전될 때 수량은 몇 [m3 / s]가 되는가 ? 토출량 비

74 = 10.35[m] - 0.24[m] - 4[m] - 0.7[m] = 5.41[m]
ㄷ) NPSH의 계산시 ① 흡수면에 대기압이 작용하는 경우 1. 흡상의 경우 – 평지대 조건: 200C 물, 대기압 Pa=1.033  104[kgf /m2], 포화증기압 Pvp=  104[kgf /m2], 비중량 γ =998.2[kgf /m3], HS =4[m]. 흡입관 총손실 = 0.7[m] = 10.35[m] [m] - 4[m] - 0.7[m] = 5.41[m]

75 = 9.2[m] - 0.24[m] - 4[m] - 0.7[m] = 4.26[m] ①흡수면에 대기압이 작용하는 경우
조건: 200C 물, 대기압 Pa=0.918 104[kgf /m2], 포화증기압 Pvp= 104[kgf /m2], 비중량 γ =998.2[kgf /m3], HS=4[m]. 흡입관 총손실 = 0.7[m] = 9.2[m] [m] - 4[m] - 0.7[m] = 4.26[m]

76 = 10.35[m] - 0.24[m] + 3[m] - 0.5[m] = 12.61[m]
①흡수면에 대기압이 작용하는 경우 3. 가압의 경우 – 평지대 조건: 200C 물, 대기압 Pa=1.033 104[kgf /m2], 포화증기압 Pvp= 104[kgf /m2], 비중량 γ = 998.2[kgf /m3], HS = 3[m]. 흡입관 총손실 = 0.5[m] = 10.35[m] [m] + 3[m] - 0.5[m] = 12.61[m]

77 = 20.04[m] - 0.24[m] + 5[m] - 0.7[m] = 24.46[m]
②흡입측에 밀폐수조가 있는 경우 1. 내압작용의 경우 조건: 200C 물, 내압 Pa = 104[kgf /m2], 포화증기압 Pvp= 104[kgf /m2], 비중량 γ = 998.2[kgf /m3], HS =+5[m]. 흡입관 총손실 = 0.7[m] = 20.04[m] [m] + 5[m] - 0.7[m] = 24.46[m]

78 = 21.47[m] - 21.47[m] + 5[m] - 0.7[m] = 4.3[m]
②흡입측에 밀폐수조가 있는 경우 2. 포화증기압 작용의 경우 조건: 1200C 뜨거운 물, 내압 Pa=2.000 104[kgf /m2], 포화증기압 Pvp= 104[kgf /m2], 비중량 γ =943.1[kgf /m3], HS=+5[m]. 흡입관 총손실 = 0.7[m] = 21.47[m] [m] + 5[m] - 0.7[m] = 4.3[m]

79 = 10.33[m] - 0.238[m] - 3[m] - 0.8[m] = 6.3[m]
에제7.15) NPSHav 는? 조건: 200C 물, 포화증기압 Pvp= [kgf /cm2], 흡입관 총손실 = 0.8[m] = 10.33[m] [m] - 3[m] - 0.8[m] = 6.3[m]

80 = 10.33[m] - 0.238[m] + 2[m] - 0.6[m] = 11.5[m]
에제7.16) NPSHav 는? 조건: 200C 물, 포화증기압 Pvp= [kgf /cm2], 흡입관 총손실 = 0.6[m] = 10.33[m] [m] + 2[m] - 0.6[m] = 11.5[m]