- 비중 1.6인 액체를 관을 통해 100\ m 위의 탱크로 유출한다. 평균유속은 10\ m/s이고 점도는 10^{-2}\ kg/m\cdot s 이다. 유로는 총 200\ m에 달하고 관 직경은 0.125\ m, 기계의 효율은 70\%이다. 확대 손실이나 축소 손실은 없다고 할 때, W_p 의 값은? (J/kg. 단, f = 0.007 이다.) (4점)
- 물이 10\ m짜리 유로를 내경 10\ mm인 관내를 통해 유속 0.1\ m/s로 흐른다. 글로브 밸브는 1개 있으며 값이 10, 엘보우는 2개 있으며 값이 0.9이다. 이 관을 통과하는 유체의 손실수두(h_f)는? (5점)
- 증류탑에서 환류비를 증가시키면 제품의 순도는 (높아, 낮아)지고 유출액량은 (증가, 감소)한다. 이때 환류비가 증가할수록 단수는 (증가, 감소)하며 일정한 처리량을 위해 탑 지름이 (증가, 감소)한다. (3점)
- A, B두 유체를 섞은 혼합액이 있다. A의 증기압은 2\ atm이고 몰분율은 0.4, B는 1\ atm이고 몰분율은 0.6이다. 전압은 어떻게 되는가? (3점)
- (5점)
- 키르히호프 식을 쓰고 그 변수의 의미도 같이 설명하라.
- 키르히호프 식이 의미하는 바를 서술하라.
- 내경이 0.15\ m인 글로브 밸브가 60\ L/s의 유량을 통과시킨다. 손실계수 k_f=10일 때 상당 길이 L_e 값은? (단, 동점도는 1.01\times1^-5m^2/s, 마찰계수 f=0.0791Re^{-0.25}) (5점)
- 20^\circ C, 760\ mmHg의 공기를 지름 1\ m인 송풍기를 통해 7\ m/s로 흐르게 한다. 총 길이가 30\ m일 때 일률을 Watt로 나타내면? (기체의 밀도는 1.205\ kg/m^3, 마찰계수는 0.0045, 점도는 0.0181\ cP, 모터의 효율은 0.9이고 송풍기의 효율은 0.2이다.) (5점)
- 안지름이 200\ mm인 유로에 밀도가 1.2\ kg/m^3인 공기가 1,000\ m^3/hr로 흐른다. 오리피스의 지름이 120\ mm이고 마노미터 유체는 물일 때 차압된 높이는? (단, C_o = 0.65 ) (4점)
- 내경이 5\ cm인 관에서 흐르는 유체가 층류에서 난류로 변할 때의 유속은?
(유체의 밀도는 0.789\ g/cm^3이고 점도는 1.25\ cP이다. 임계 레이놀즈 수는 2,100) (4점) - 허용 응력이 200\ kg_f/cm^2이고 작업 응력이 8\ kg_f/cm^3일 때 Schedule No.는? (3점)
- k가 0.2\ W/m\cdot ℃ 인 관을 석면이 둘러싸고 있다. 실내의 공기는 25℃ 이고 h는 3\ W/m^2\cdot ℃ 일 때, 임계절연 반지름은? (5점)
- 10\ cm 물을 총 길이 20\ m인 유로를 따라 2\ m/s로 운반한다. 이 때 f=\frac{16}{Re}로 간주하면 kg_f\cdot m/kg은? (4점)
- 비중이 0.8\ g/cm^3이고 점도가 2\ cP인 유속 20\ cm/s의 액체를 다음 그림과 같이 외경 5\ cm, 내경 3\ cm인 이중 원관을 통해서 흘려보낸다. Re 값을 구하고 층류인지, 난류인지 구하여라. (5점)
\eta W_{p} =\cfrac{\Delta P}{\rho } +\cfrac{\Delta u^{2}}{2} +g\Delta Z+h_{f} =0.7\cdot W_{p} =0 +\cfrac{10^{2} \ m^{2} /s^{2}}{2} +9.8\ m/s^{2} \cdot 100\ m\ +h_{f}
에서,
h_{f} =4f\cfrac{L}{D}\cfrac{u^{2}}{2} =\begin{array}{ c|c|c|c } 4 & 0.007 & 200\ m & 10^{2} \ m^{2}\\ \hline & & 0.125\ m & 2\ s^{2} \end{array} =2240\ m^{2} /s^{2}
이므로,
W_{p} =( 50+980+2240) /0.7=4671.43\ J/kg
h_f = ({4 f {L \over D} + 10 + 0.9 \times 2}){u^2 \over 2} = 0.379 J/kg
P_{total} = 2\ atm \times 0.4 + 1\ atm \times 0.6 = 1.4\ atm
\begin{array}{l} \cfrac{\omega _{1}}{\alpha _{1}} =\cfrac{\omega _{2}}{\alpha _{2}}\\ \omega =복사능,\ \alpha =흡수능 \end{array}
온도가 평형인 상태에서 흡수율에 대한 복사의 비는 그 물체의 온도에 비례한다.
표면마찰과 밸브마찰이 같을 때 L=L_{e} 이므로,
Re=\cfrac{D\nu \rho }{\mu } =\begin{array}{ c|c|c|c|c }0.15\ m & 60\ L & m^{3} & 4 & s\\\hline & s & 1000\ L & \pi \cdot 0.15^{2} \ m^{2} & 1.01\times 10^{-5} \ m^{2}\end{array} =50425.33 이고,
f=0.0791\times 50425.33^{-0.25} =0.0052785 이므로,
4f\cfrac{L_{e}}{D}\cfrac{u^{2}}{2} =k_{f}\cfrac{u^{2}}{2} 에서, 4f\cfrac{L_{e}}{D} =k_{f} 이다.
\therefore L_{e} =\begin{array}{ c|c|c|c }10 & 0.15\ m & & \\\hline & & 0.0052785 & 4\end{array} =71.04\ m
Re=\cfrac{D\nu \rho }{\mu } =\begin{array}{ c|c|c|c }1\ m & 7\ m & 1.205\ kg & m\cdot s\\\hline & s & m^{3} & 0.0000181\ kg\end{array} =466022 >4000 이므로 난류 흐름이고,
h_{f} =4f\cfrac{L}{D}\cfrac{u^{2}}{2} =\begin{array}{ c|c|c|c }4 & 0.0045 & 30m & 7^{2} \ m^{2}\\\hline & & 1m & 2\ s^{2}\end{array} =13.23\ J/kg 이다.
\eta W_{p} =\cfrac{\Delta P}{\rho } +\cfrac{\Delta u^{2}}{2} +g\Delta Z+h_{f} =( 0.9\times 0.2) \cdot W_{p} =( 0+24.5+0+13.23) \ J/kg에서,
W_{p} =\cfrac{( 24.5+13.23) \ J/kg}{0.9\times 0.2} =209.61\ J/kg=\begin{array}{ c|c|c|c }209.61\ J & 7\ m & \pi \cdot 1^{2} \ m^{2} & 1.205\ kg\\\hline kg & s & 4 & m^{3}\end{array} =1388.63\ W
유량 \begin{equation*} \label{eq1} Q_{_{o}} =A\cdot u_{o} =\cfrac{\pi \cdot D^{2}_{o}}{4} \cfrac{C_{o}}{\sqrt{1-m^{2}}} \sqrt{\cfrac{2g( \rho '-\rho )}{\rho } \cdot R} =1000\ m^{3} /hr\ =\ 0.278\ m^{3} /s\end{equation*}
이고, 개구비 \begin{equation*} m\ =\frac{D^{2}_{o}}{D^{2}_{i}} =0.36 \end{equation*}
이므로, (1), (2)에서,
\begin{equation*} R\ =\ \left(\begin{array}{ c|c|c } 0.278\ m^{3} & 4 & \sqrt{1-0.36^{2}}\\ \hline s & \pi \cdot ( 0.12)^{2} \ m^{2} & 0.65 \end{array}\right)^{2} \times \begin{array}{ c|c } s^{2} & 1.2\ kg /m^{3}\\ \hline 2\cdot 9.8\ m & ( 1000-1.2) \ kg/m^{3} \end{array} =0.0763\ m \end{equation*}
Re=\cfrac{D\nu \rho }{\mu } =2100 이므로,
u=\begin{array}{ c|c|c|c }2100 & & cm^{2} & 0.0125\ g\\\hline & 5\ cm & 0.789\ g & cm\cdot s\end{array} =6.65\ cm/s
Schedule\ No. = \cfrac{작업\ 응력}{허용\ 응력} \times 1000 = \cfrac{8\ kg_f/cm^3}{200\ kg_f/cm^3}\times 1000 = 40
r=\cfrac{3\ W/m^{2} \ ℃ }{0.2\ W/m\ ℃ }=15\ m
Re=\cfrac{D\nu \rho }{\mu } =\begin{array}{ c|c|c|c }10\ cm & 200\ cm & 1\ g & cm\cdot s\\\hline & s & cm^{3} & 0.01\ g\end{array} =200000 에서,
f=\cfrac{16}{Re} =0.00008 이고,
h_{f} =4f\cfrac{L}{D}\cfrac{u^{2}}{2} =\begin{array}{ c|c|c|c|c }4 & 0.00008 & 30\ cm & 20^{2} \ m^{2} & kg_{f}\\\hline & & 10\ cm & 2\ s^{2} & 9.8\ N\end{array} =0.01306\ kg_{f} \cdot m/kg
Re=\cfrac{D\nu \rho }{\mu } =\begin{array}{ c|c|c|c }2\ cm & 20\ cm & 0.8\ g & cm\cdotp s\\\hline & s & cm^{3} & 0.02\ g\end{array} =1600
1600 < 2100 이므로 층류.
끝.