연소공학 및 열역학(실)

연소공학

A 연소 기초

01 연료와 연료의 개요

1.열에 관련된 다음의 용어를 간단히 정의하시오

현열 : 물질의 상태 변화 없이 온도 변화에만 필요한 열량

잠열 : 물질의 온도 변화 없이 상태 변화만이 필요한 열량

비열 : 1kg의 물체를 1도 또는 1K만큼 올리는데 필요한 열량

전열 : 물체의 현열과 잠열을 합한 단위질량당 총열량

2.연소 상태에서 착화지연 현상에 대하여 설명하시오

착화지연은 어느 온도에서 가열하기 시작하여 발화에 이르기까지의 시간이다.

고온 고압일수록 발화지연은 짧아진다
가연성 가스와 산소의 혼합비가 완전산화에 가까울수록 발화지연은 짧아진다.

02 연료의 기본 성질

1.다음 액체연료를 비중이 낮은 순서대로 나열하시오

가솔린 -> 등유 -> 경유 -> 중유

2.비중이 0.8(60℉/60℉)인 액체연료의 API도를 계산하시

\[API=\frac{141.5}{S}-131.5\]

\[=\frac{141.5}{0.8}-131.5=45.4\]

03 연료의 종류 및 특성

1.고체연료의 일반적인 특징을 4가지만 쓰시오

회분이 많고, 발열량이 적다
연소효율이 낮고, 고온을 얻기 어렵다
점화 및 소화가 곤란하고 온도 조절이 어렵다
완전연소가 어렵고, 연료의 품질이 균일하지 못한다.

2.연료 중의 회분이 많을 경우 연소에 미치는 영향을 4가지만 쓰시오

연소 상태가 고르지 않게 된다
클링커의 발생으로 통풍을 방해한다
불완전연소되어 잔류물을 남긴다
연소효율이 저하된다.

3.보일러에서 기존 사용하는연료를 수소성분이 많은 연료로 변경한다면 배기가스 중 어떤 성분이 증가되는가

수증기의 양이 증가된다

4.액체연료가 갖는 일반적인 특징을 4가지만 쓰시오

발열량이 높고 품질이 일정하다
연소온도가 높기 때문에 국부과열을 일으키기 쉽다
화재, 역화 등의 위험이 크다
연소할 때 소음이 발생한다

5.중요사용 보일러에서 노벽에 카본이 쌓이는 원인을 4가지만 쓰시오

중유의 점고가 너무 높을 때
유류의 분무 상태가 균일하지 않을 때
버너타일과 노가 버너와 구조적으로 부적합한 경우
화염이 노벽에 직접 닿으면서 연소할 때

6.액체연료 중 고온건류하여 얻은 타르계중유의 특징을 4가지만 쓰시오

단위용적당 발열량이 많다
황의 영향이 작다
화염의 방사율이 크다
슬러지를 발생시킨다.

7.기체연료의 특징을 4가지만 쓰시오

연소효율이 높다
단위중량당 발열량이 크다
고온을 얻기 쉽다
자동제어에 의한 연소에 적합하다

8.LNG의 주성분을 쓰시오

메탄

9.포화단화수소계의 기체연료에서 탄소원자수가 증가할 때의 현상으로 옳은것을 ( )에서 선택하여 쓰시오

연료 중의 수소분은 (감소)한다
연소범위가 (좁아) 진다
발열령이 (증가)한다
발화온도가 (낮아)진다.

04 연소의 형태(상태)

1.불꽃 연소의 특징을 4가지만 쓰시오

연소 사면체에 의한 연소이다
불꽃연소는 연소속도가 빠르다
연쇄반응을 수반한다
가솔린 등의 연소가 이에 해당한다

2.액체연료의 미립화 시 평균 분무 입겨에 직접적인 영향을 미치는 요소를 3가지만 쓰시오

표면장력
점성계수
밀도

05 연소속도

1.일반적인 정상연소에 있어서 연소속도를 지배하는 가장 주된 요인을 1가지 쓰시

공기 중 산소의 확산속도

B 연소계산

01 연소현상이론

1.1차연소 2차연소는 각각 어떤 것을 말하는지 쓰시오

1)1차연소

화실 내에서의 연소

2)2차연소

불완전연소에 의해 발생한 미연가스가 연도 내에서 다시 연소하는 것

2.산소1[m³]를 이용하려고 할 때 필요한 공기량을 계산하시오

공기의 체적은 산소 0.21[%]와 질소 0.79[%]로 구성되므로, 산소1[m³]를 이용하기 위해 필요한 공기량은 1/0.21=4,762=4.8[m³]가 된다

02 이론 및 실제공기량 연소가스량🔢

1.연소에 관련된 다음의 질문에 답하시오

1)만일 보일러 연소실 내부의 불꽃이 짧고 회백색을 나타내고 있다면 공기량은 어떤 상태인가

2)연소량을 증가시킬 때는 어떤 (공기량)을 증가시킨 후에 (연료량)를 증가 시킨다

공기량이 많은 상태이다

2.과잉공기량이 많을 때 일어나는 현상을 4가지만 쓰시오

불완전연소물의 발생이 적어진다
연소실의 온도가 낮아진다.
연료소비량이 많아진다
배기가스에 의한 열손실이 증가한다

3.연도가스를 분석한 결과값이 각각 CO₂max값을구하시오

\[CO_{2max}=\frac{21\times CO_2}{21-O_2}=\frac{21\times 12.6}{21-6.4}=18.1\]

4.연소가스의 체적을 구하시오.🔢317

03 공기비🔢

G2 공기비(m)계산

\[ m=\frac{N_2}{N_2-3.76(O_2-0.5CO)} \]

\[m=\frac{A}{A_0}=\frac{CO_{2max}}{CO_2}=\frac{21}{21-{O_2}} \]

G3 [CO₂]max

\[ [CO_2]{max}=\frac{CO_2}{G{0d}}\times 100=\frac{21(CO_2+CO)}{21-O_2+0.395CO} \]

연소가스 분석결과가 ~과잉공기계수를 구하시오

이때의 공기비를 구하시오

필요한 연소용 공기량을 구하시오

완전연소핶을때 다음에 답하시오

과잉공기 백분율을 구하시오

AFR을 계산하시

04 연소방정식을 이용한 이론산소량과 이론 공기량의 계산🔢

G0 이론산소량(O₀)

\[O_{0}[Nm/kg]=22.4(\frac{C}{12} +\frac{H-\frac{O}{8}}{4}+\frac{S}{32}) \\ O_0[Nm/kg]=1.867C+5.6(H-\frac{O}{8})+0.7S\]

G0 이론공기량(A₀)

\[ A_{0}[Nm/kg]=\frac{22.4}{0.21}(\frac{C}{12} +\frac{H-\frac{O}{8}}{4}+\frac{S}{32}) \]

$$ A_0[Nm/kg]=\frac{O_0}{0.21}=8.89C+26.67(H-\frac{O}{8})+3.33S \\ A_0[kg/kg]=\frac{O_0}{0.232}=11.49C+34.5(H-\frac{O}{8})+4.31S $$

05 성분 조성을 이용한 이론산소량과 이론공기량의 계산🔢

06 습연소가스량(습배기가스량)🔢

07 건연소가스량(건배기가스량)🔢

G5 건연소가스량(Gd)

\[ G_{0d}=8.89C+21.1(H-\frac{O}{8})+3.33S+0.8N \]

\[ G_d=G+B=G+(m-1)A_0 \]

\[ G_d=(m-0.21)A_0+1.867C+0.7S+0.8N \]

08 발열량🔢

H1 고위발열량계산

$$ H_h=8100C+34000(H-\frac{O}{8})+2500S \\ H_h=H_l+600(9H+w) $$

09 연소온도(화염온도)🔢

10 연료의 분석과 시험

1.고체연료의 공업분석에서 수분의 정량방법에 대하여 설명하시오

석탄 등 고체연료의 시료1g을 건조기에서 107+-2도에서 60분간 가열하여 건조시겼을 때의 감량을 시료에 대한 백분율로 표시한다

\[수분[\%]=\frac{건조감량무게}{시료무게}\]

2.고체연료의 공업분석에서 수분측정시 기준온도 기준시간 수분% 계산 공식을 각각 쓰시오

3.고체연료의 연료비를 식으로 나타내시오

\[연료비=\frac{고정탄소}{휘발분}\]

4.석탄을 공업분석하여 휘발분 33.1 회분 14.8 수분 5.7의 결과를 얻었다 이 석탄의 연료비를 계산하시오

5.연소가스중에 들어 있는 성분을 이산화탄소 중탄화수소 산소 등의 서로 흡수체에 접촉 분리시킨후 체적 변화로 조성을 구하고 이어 잔류가스에 공기나 산소를 혼합 연서 시켜 성분을 분석하는 기체연료분석방법의 명칭을 쓰시오

헴펠법

6.프로판 및 부탄 이 혼합된 LPG를 건조공기로 연소시킨 가스를 분석하였더니 ~~프로판의 부피는 부탄의 약 몇 배인지 계산하시오

C 화재, 연소범위, 폭발

01 화재 연소범위

1.가연성 가스이 위험도 계산 공식을 쓰시오

\[H=\frac{U-L}{L}\]

2.가연성 혼합기체의 폭발방지를 위한 방법을 3가지만 쓰시오

산소농도의 최소화
불활성 가스의 치환
불활성 가스의 첨가

02 폭발

1.증기운폭발의 특징을 4가지만 쓰시

폭발보다 화재가 많다
연소에너지의 약20%만 폭풍파로 변한다
증기운의 크기가 클수록 점화될 가능성이 커진다
점화 위치가 방출점에서 멀수록 폭발효율이 증가하므로 폭발위력이 커진다

열역학

D 열역학의 기초

01 열역학의 개요🔢

1.연료의 비중을 측정하기 위하여 질량이 0.07인 비중계를 준비하였다. 비중이 1인 물에 비중계를 넣어 연료의 비중을 측정하는데 이때의 수위를 기준점 0으로 하였고 이비중계를 연료에 넣었을 때의 수위를 측정하니 기준점 위 3이었다 이때 연료의 비중을 구하시오

빈병의 질량이 414인 비중병이 있다. 물을 채웠을 때 질량이 999 어느 액체를 채웠을 때의 질량이 874일때이 액체의 밀도는 얼마인가

혼압액의 밀도를 계산하시오

가열에 요구되는시간을 구하시오

입구속도는 약 몇 인가

출구속도는 약 몇 인가

출구속도를 구하시오

온도를 계산하시

02 물

한 용기 내에 적당량의 순수물질 액체가 갇혀 있을 때, 어느 특정조건하에서 이 물질의 액체상과 기체상의 구별이 없어질수 있다. 이러한 상태가 유지되기 위한 필요충분조건을 쓰시

03 일 동력과 열효율🔢

이과정애서 계는 얼마의 열릉 방출 또는 흡수하는지를 답하시오

직경 40의 피수톤아 800의 압력에 대항하여 20 움직였을 때 한 일을 계산하시오

출력 50의 열기관이 매시간 10의 연료를 소모할때위열효율을 계산하시오

저발열걍 11000인 연료를 연소시켜서 900의 동력을 얻기 위해 연소해야 하는 연료량을 구하시오

E 열역학 법칙

01 열역학 제1법칙

압력 3000온도 400인 증기의 비체적은 0.1015이고 엔탈피는 3230이다. 이 상태에서 내부에너지 변화량을 계산하시

02 열역학 제2법칙🔢

엔트로피 변화량을 계산하시오

엔트로피 상승량을 계산하시오

엔트로피 변화량을 계산하시오

03 열역학 제0법칙, 열역학 제3법칙

온도250 질량 50 인 금속을 20 의 물속에 놓았다. 최종 평형 상태에서의 온도가 30일때의 물의 양을 구하시

04 열역학의 제반법칙🔢

다음의 반응식을 근거로 하여 일산화탄소 1이 완전연소했을 때의 발열걍을 구하시오

다음의 반응식을 근거로 하여 의 생성열량을 구하시오

어느 기체가 압력이 500일 때의 체적이 50였다 이기체의 압력을 2배로 증가시키면 체적은 몇 가 되는가

온도 100 압력200의 공기가 정압과정으로 최종 온도가 200가 되었을 때 공기의 부피는 처음부피의 약 몇 배가 되는가

110 20의 공기가 정압과전으로 온도가 50로 상승한 다음 등온과정으로 압력이 반으로 줄러들었다 최종 비체적은 최초 비체적의 약 몇배인

05 열역학의 제반 관계식🔢

온도 30압력 350에서비체적이0.449인 이상기체의 기체상수는 몇 인가

공기의 기체상수가 0.287일때 표준 상테에서 밀도를 계산하시오

애드벌룬에 어떤 이상기체 100을 주입하였더나 팽창후의 압력이 150 온도300가 되었다. 이때 애드벌룬의 반지름을 구하시오

구형 용기 내에 공기가 들어 있고 내부압력 100온도 20 반지름 5일때 구형용기 내 공기의 몰수를 구하시오

공기가 채워진 어떤 구형 기구의 반지름이 5이고 내부압역이 100 온도는 20 일때 기구 내에 채워진 공기의 몰수를 구하시오

F 이상기체 및 관련 사이클

01 이상기체의 개요

1.비열비 정적비열 일때 이 기체의 기체상수를 구하시오

2.용기 속에 절대압력 온도 인 이상기체가 49들어있다 이 기체의 일부가 누출되어 용기 내 절대압력이 415 온도가 27가 되었을 때 밖으로 누출된 기체량을 구하시

$$ PV=GRT \ \ v=\frac{V}{G} $$

02 이상기체의 가역 변화🔢

온도 27[°C], 압력5[bar]에서 비체적이 0.168[m³/kg]인 이상기체의 기체상수 [kJ/kg ·K] 는 얼마인가? （단. 압력은 절대압력이다)

$$ PV=GRT \ \ v=\frac{V}{G} $$

$$ R=\frac{PV}{GT}=\frac{V}{G}\times \frac{P}{T}=v\times\frac{P}{T} $$

$$ =0.168\times\frac{(\frac{5}{101325}\times101.325)}{273+27}=0.28[kJ/kg K] $$

03 혼합기체🔢

04 카르노사이클과 기체동력사이클🔢

N1 카르노사이클

$$ \eta=\frac{W}{Q_1}=1-\frac{Q_2}{Q_1}=1-\frac{T_2}{T_1} $$

$$ \Delta S_1=\frac{Q_1}{T_1}(엔트로피) $$

$$ W_2=Q_2=\frac{T_2}{T_1}\times Q_1 $$

$$ Q_1=m\times P_3 \times v_3\times\ln\frac{v_3}{v_4}=m\times R \times T_H\times \ln\frac{P_3}{P_4} $$

랭킨 사이클로 작동하는 증기원동소에서 과열증기 엔탈피 660[kcaI/kg ] 습증기 엔탈피 530[kcal /kg], 포회수 엔탈피 80.87[kcal/kg]일 때 열효율[%]을 계산하시오.

N4 랭킨사이클(효율)

\[ \eta=\frac{W_T}{Q_1}\times 100=\frac{h_2-h_3}{h_2-h_4}\times 100 \]

$$ \eta=\frac{W_T}{Q_1}\times100=\frac{h_2-h_3}{h_2-h_4}\times100=\frac{660-530}{660-80.87}\times100=22.447[\%] $$

G 공기와 증기

01 공기

상대습도를 가장 쉽고 빠르게 측정할수 있는 방법을 설명하시오

공기압축기에 츱입되는 공기의 외기온도 일때 에너지효율의 측면에서 가장 유리한 조건의 온도는 어느 온도인지 쓰고 그 이유를 간략하게 설명하시오

간극체적이 피스톤 행정체적의 8%인 피스톤기관의 압축비를 계산하시오

공기를 왕복식 압축기를 사용하여 1기압에서 9기압으로 압축한다. 이 경우에 압축에 소요되는 일을 가장 작게 하기 위한 중간 단의 압력을 구하시오

02 증기🔢

03 증기동력사이클🔢

H 냉동 냉매 냉동 사이클

01 냉동

흡수식 냉동기에 대해 간단히 설명하시오

흡수식 냉온수기의 장점을 3가지만 쓰시오

A7흡수식 냉온수기(압하진물)

압축기를 사용하지 않으므로 전력소비량이 적다.
냉온수기 하나로 냉방과 난방을 할 수 있다.
설비 내부의 압력이 진공상태로 압력이 높지 않아 위험성이 적다
냉매로 물(H₂O)을 사용하는 경우 위험성이 적다

사막과같은 뜨거운 태양이 존재하는 환경에서 태양열을 이용한 냉난방시스템 설비 내지는 태양열을 이용한 냉방원리에 대해 간단히 설명하시오

성능계수가 5.0 압축기에서 냉매의 단위질량당 압축하느데 요구되는 에너지는 200인 냉동기에서 냉동능력 1당 냉매의 순환량은

15의 물로부터 0의 얼음을 시간단 40만드는 냉동기의 냉동톤은 약 얼마인다

02 냉매

냉동기 냉매의 구비조건을 5가지만 쓰시오

혼합 냉매를 2가지로 분류하고 각각 간단히 설명하시오

03 냉동사이클🔢

N9 냉매순환(압응수팽증)

압축기→( 응축기 )→( 수액기 )→( 팽창밸브 )→( 증발기 )→압축기

연소공학 및 열역학(실)