에너지 21년기출C

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N7 폴리트로픽 1️⃣ 실린더 내에 있는 이상기체 10[kg]을 350[°C]상태에서 폴리트로픽 과정으로 압축하는 일량이 900[kJ]이 소요되었을 때 엔트로피 변화량[kJ/K]을 계산하시오. (단, 정적비열은 0.72[kJ/kg・K], 기체상수 0.26[kJ/kg・K] 폴리트로픽 지수 1.3, 비열비 1.4이다)

$$ W_a=m\times \frac{R}{n-1}\times(T_1-T_2) $$

$$ T_2=T_1-\frac{W}{m-\frac{R}{n-1}} \\ =(273-350)-\frac{900}{10\times \frac{0.26}{1.3-1}}=519.153[K] $$

$$ \Delta s=m\times C_v\times \frac{n-k}{n-1}\times \ln\frac{T_2}{T_1} $$

$$ =10\times 0.72\times \frac{1.3-1.4}{1.3-1}\times \ln\frac{519.15}{273+350}=0.437[kJ/K] $$

2️⃣ 발열량이 9030[kcal/L]인 경유 200[L]에 대한 TOE를 계산하시오. (단, 경유의 석유환산계수[TOE/kL]는 0.905이다)

$$ TOE=\frac{200}{1000}\times 0.905=0.181[TOE] $$

I2 정압계산(피토관)
3️⃣ 그림과 같은 관로에 벤투리미터를 설치하여 20[°C] 물을 통과시켰을 때 온도기준 포화증기 표를 참고하여 캐비테이션이 발생하지 않는 조건으로 2번 지점에서의 최대유량[L/s]을 계산하시오.

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$$ A_1V_1=A_2V_2 \\ V_1=\frac{A_2}{A_1}V_2=\frac{\frac{\pi}{4}\times0.1^2}{\frac{\pi}{4}\times0.02^2}\times V_2=25V_2 $$

$$ \frac{P_1}{\rho g}+\frac{V^2_1}{2g}+z_1=\frac{P_2}{\rho g}+\frac{V^2_2}{2g}+z_2 \\ \frac{V^2_2-V^2_1}{2g}=\frac{P_1-P_2}{\rho g}+z_1 \\ \frac{V^2_2-(25V_2)^2}{2g} =\frac{V^2_2-25^2 V_2^2}{2g} =\frac{V^2_2-625V_2^2}{2g} \\ =\frac{(1-625)V_2^2}{2g}=\frac{-624V_2^2}{2g}

$$

$$ \frac{-624V_2^2}{2g}=\frac{P_1-P_2}{\rho g}+z_1 $$

$$ V_2=\sqrt{\frac{2g(\frac{P_1-P_2}{\rho g}=z_1)}{-624}}=\sqrt{\frac{2\times9.8\times(\frac{2340-120000}{1000\times9.8}+1}{-624}}=0.587[m/s] $$

$$ Q_2=A_2V_2=(\frac{\pi}{4}\times0.1^2\times0.59)\times1000=4.633[L/s] $$

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$$ Q_2=A_2V_2=(\frac{\pi}{4}\times 0.1^2\times 0.59)\times 1000=4.633[L/s] $$

$$ V=\sqrt{2g\frac{P_t-P_s}{\gamma}} $$

👍 슬래킹현상 4️⃣ 마그네시아 또는 돌로마이트를 원료로 하는 내화물이 수증기의 작용을 받아 Ca(OH)2나 Mg(OH)2를 생성하는데 이 때 큰 비중변화에 의하여 체적변화를 일으키기 때문에 노벽에 균열이 발생하거나 붕괴하는 현상을 무엇이라고 하는가?

슬래킹 현상

● 스폴링(spalling)현상 : 박락현상이라 하며 내화물이 사용하는 도중에 갈라지든지, 떨어져 나가는 현상을 말한다 ● 슬래킹(slacking)현상 : 수증기를 흡수하여 체적변화를 일으켜 균열이 발생하 거나 떨어져 나가는 현상으로 염기성 내화물에서 공통적으로 일어난다 ● 버스팅(bursting)현상 : 크롬 철광을 원료로 하는 내화물이 1600[°C]이상에서 산화철을 흡수하여 표면이 부풀어 오르고 떨어져 나가는 현상으로 크롬질 내회물에서 발생한다.

❎ 5️⃣ 길이 2[m], 폭 2[m], 온도 60[°C]인 평판에서 멀리 떨어진 곳에 20[°C]인 유체가 2[m/s]로 평행하게 흐를 때 [보기]의 조건을 이용하여 물음에 답하시오.

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(1)열전달계수[W/㎡ K]를 구하시오 (2)전열량[kW]을 구하시오

$$ Re_x=\frac{V_x}{v}=\frac{2\times2}{2\times10^{-4}}=20000 $$

$$ Nu_x=0.3Re^{\frac{4}{5}}P_r^{\frac{1}{3}}=0.3\times20000\frac{4}{5}\times0.8^{\frac{1}{3}}=768.496 $$

$$ h_x=\frac{Nu_x\times k}{x}=\frac{768.50\times0.6}{2}=230.55[W/m^2\cdot K] $$

$$ Q=h_x\times F\times\Delta T=230.55\times(2\times2)\times(273+60)-(273+20) \\ =36888[W]=36.89[kW] $$

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 6️⃣ 간극체적이 행정체적의 15[%]인 오토사이클의 이론 열효율은 얼마인가? (단, 비열비는 1.4이다.)

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압축비 계산

이론열효율계산

7️⃣ 라몽트 보일러에 수관마다 라몽트 노즐을 설치하는 이유를 설명하시오

수관마다 동일한 유속을 얻도록 하여 송수량을 조절하기 위하여

8️⃣ 육용 보일러 열정산(KS B 6205) 규정에 따른 보일러 효율을 계산하는 공식에 [보기]의 기호를 넣어 완성하시오

(1)입출열법에 의한 효율

$$ \eta_1=\frac{Q_s}{H_h+Q}\times 100 $$

(2)열손실법에 의한 효율

$$ \eta_2=(1-\frac{L_s}{H_h+Q})\times 100 $$

👆F6 통풍력 9️⃣굴뚝으로 배출되는 연소가스 평균온도가 90[°C], 외기온도가 10[°C]인 상태에서 연돌의 통풍력을 측정한 결과 2.5[mmAq]이었다면 이 연돌의 실제 높이[m]는 얼마인가? (단, 표준상태에서 공기의 밀도는 1.295[kg/m3] 연소가스의 밀도는 1.423 [kg/m3]이고 실제통풍력은 이론통풍력의 80[%]에 해당된다)

$$ Z=273\times H\times (\frac{\gamma_1}{T_a}-\frac{\gamma_2}{T_g})\times \eta $$

$$ H=\frac{Z}{273\times(\frac{\gamma_\alpha}{T_\alpha}-\frac{\gamma_g}{T_g})\times\eta} \\ =\frac{2.5}{273\times(\frac{1.295}{273+10}-\frac{1.423}{273+90})\times0.8}=13.900[m] $$

👆 🔟탄소(C) 70[%], 수소(H) 20[%], 회분(Ash) 10[%]인 액체연료 50[kg]이 완전연소할때 이론공기량[Nm3]을 계산하시오.

$$ A_0=8.89C+26.67(H-\frac{O}{8})+3.33S $$

👍A5 관류 보일러 1️⃣1️⃣ 보기 에서 설명하는 보일러 명칭을 쓰시오

급수펌프에 의해 급수를 압입하여 하나로 된 관에서 가열, 증발, 과열과정을 거쳐 순환하는 보일러 벤슨 보일러, 슐져보일러가 대표적이다.

관류보일러

🍀 1️⃣2️⃣ 보일러의 저수위 사고를 방지하기 위하여 사용하는 급수조절장치의 수위 검출기구에 적용되는 방식 4가지를 쓰시오

플로트식, 전극식, 열팽창식, 차압식

1️⃣3️⃣노통연관식 보일러와 수관식 보일러의 특징을 비교한 것이다. [보기]에서 알맞은 내용을 찾아쓰시오. 물, 연소가스, 높다, 낮다, 좋다, 나쁘다 (1) 노통연관식 보일러 관 내부에는 ( ① )가[이] 흐르고. 수관식 보일러 관 내부 에는( ② )가[이] 흐른다 (2) 노통연관식 보일러 사용압력은 ( ③ ) 수관식 보일러의 사용압력은 ( ④ ) (3) 노통연관식 보일러 부하대응은 ( ⑤ ) 수관식 보일러 부하대응은 ( ⑥ )

연소가스, 물, 낮다, 높다, 나쁘다, 좋다

1️⃣4️⃣ 증기 축열기(steam accumulator)의 기능을 설명하시오.

보일러에서 과잉 발생한 증기를 저장하고 부하가 증가하면 증기를 공급하여 증기 부족을 해소하는 장치이다

1️⃣5️⃣ 열사용기자재 중 보일러의 적용범위 중 ( )안에 알맞은 내용을 넣으시오. (1) 소형 온수보일러는 전열면적이 ( ① )[m2 ] 이하이고, 최고사용압력이( ② )[MPa]이하의 온수를 발생하는 것이다. (2) 구멍탄용 온수보일러는 석탄산업법 시행령에 따른 연탄을 사용하여 온수를 발생시키는 것으로 ( ③ )만 해당한다 (3) 축열식 전기보일러는 심야전력을 사용하여 온수를 발생시켜 축열조에 저장한 후 난방에 이용하는 것으로서 정격소비전력이 ( ④ )[kW] 이하이고, 최고사용압력이 ( ⑤ )[MPa] 이하인 것이다.

14, 0.35, 금속제, 30, 0.35

👍 1️⃣6️⃣보일러 급수펌프의 전동기(motor)에 고장이 발생하여 교체하고자 한다. [보기]의 펌프 및 전동기 조건을 이용하여 물음에 답하시오

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(1)교체할 전동기 용량을 계산하시오

(2)계산된 전동기 용량으로 보기에 제시된 기성품 전동기 중에서 최소 용량의 것을 선택하시오

$$ kW=\frac{P\times Q}{\eta_p}=\frac{(\gamma \times H)\times Q}{\eta_p}=\frac{(\rho\times g\times H)\times Q}{\eta_p} $$

$$ =\frac{(1000\times 9.81\times 15)\times(\frac{12000}{1000\times 3600})}{0.75}=654[W] $$

$$ 전동기용량=\frac{펌프축동력\times \alpha}{\eta_m}=\frac{0.65\times 2}{0.95}=1.368 $$

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👍  대류열전달 1️⃣7️⃣ 외기온도 27[°C]일 때 표면온도 227[°C]인 관 표면에서 방사에 의한 전열량은 자연대류에 의한 전열량의 몇 배가 되는지 계산하시오. (단, 방사율은 0.9, 스테판-볼츠만 상수는 5.7x 10-8 [W/m2 ·K4], 대류 열전달률은 5.56 [W/m2 ·K] 이다)

$$ Q_1=\epsilon\sigma(T_1^4-T_2^4) $$

$$ =0.9\times5.7\times 10^{-8}\times \{(273+227)^4-(273+27)^4\}=2790.72[W/m^2] $$

$$ Q_2=\alpha\times(T_1-T_2) $$

$$ =5.56\times \{(273+227)-(273+27)\}=1112[W/m^2] $$

$$ 전열량비=\frac{방사전열량(Q_1)}{자연대류전열량(Q_2)}=\frac{2790.72}{1112}=2.509 $$

🍀 보일러의이상현상 1️⃣8️⃣보일러에서 발생하는 이상 현상에 대하여 설명하시오. (1) 프라이밍(priming) 현상 (2) 포밍(foaming) 현상 (3) 캐리오버(carry over) 현상

● 프라이밍(priming) 현상 : 급격한 증발현상으로 동수면에 작은 입자의 물방울이 증기와 혼입하여 튀어 오르는 현상 ● 포밍(foaming) 현상 : 동저부에서 작은 기포들이 수면상으로 오르면서 물거품이 발생하여 수면에 달걀모양의 기포가 덮이는 현상 ● 캐리오버(carry over) 현상 : 프라이밍, 포밍 현상에 의하여 발생된 물방울이 증기 속에 섞여 관내를 흐르는 현상으로 기수공발, 비수현상이라 한다


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