에너지 21년기출A

20A‘	20B‘	20C
21A*	21B‘	21C
22A	22B“	22C*

1️⃣

x축의 위치에 따라 지름 D=D₀/(1+αx)로 변화하는 관에서 x=0일 때 V₀=4[m/s]이면 x=3에서 유체의 가속도는 얼마인가? (단, 유체는 정상상태, 비압축성이고 상수 α=0.01m-1 이다.)

$$ Q=A\times V $$

$$ V=\frac{Q}{A}=\frac{Q}{\frac{\pi}{4}D^2}=\frac{4Q}{\pi D^2} $$

$$ V_0=\frac{4Q}{\pi D_0^2} $$

$$ D=\frac{D_0}{1+\alpha x} $$

$$ V=\frac{4Q}{\pi D^2}=\frac{4Q}{\pi (\frac{D_0}{1+\alpha x})^2}=\frac{4Q}{\pi (\frac{D_0^2}{(1+\alpha x)^2})}=\frac{4Q}{\pi D_0^2}(1+\alpha x)^2 $$

$$ V_0=\frac{4Q}{\pi D_0^2} $$

$$ V=V_0(1+\alpha x)^2 $$

$$ \alpha=\frac{dV}{dt}=\frac{dx}{dt}\frac{dV}{dt}=\frac{dV}{dx}V \\ 2\alpha\times V_0(1+\alpha x)\times V_0(1+\alpha x)^2=2\alpha V_0^2\times (1+\alpha x)^3 \\ =(2\times 0.01\times 4^2)\times (1+\alpha x)^3=0.32\times (1+\alpha x)^3 $$

2️⃣ 복사난방 ☑️F

복사난방	21A02	16B06	19b09	24b03

복사난방 장점 4가지를 쓰시오.

F 복사난방

실내온도의 분포가 균등하여 쾌감도가 높다 ➕
방열기가 필요하지 않으므로 바닥면의 이용도가 높다 ➕
공기 대류가 적으므로 바닥면 먼지상승이 없다 ➕
방이 개방된 상태에서도 난방효과가 있다 ➕
손실열량이 비교적 적다

외기온도 급변에 따른 방열량 조절이 어렵다 ➖
초기 시설비가 많이 소요된다 ➖
시공, 수리, 방의 모양을 변경하기가 어렵다 ➖
열손실을 차단하기 위하여 단열층이 필요하다

3️⃣ 스프링식 안전밸브 ☑️K6

	16B09	18A03	21A03

스프링식 안전밸브의 증기 누설 원인을 4가지 쓰시오.

K6 스프링식 안전밸브

증기 누설 원인

❶ 작동압력이 낮게 조정되었을 때
❷ 스프링의 장력이 약할때
❸ 밸브디스크와 밸브 시트에 이물질이 있을때
❹ 밸브 시트가 불량일 때
● 밸브 축이 이완되었을 때

안전밸브의 미작동원인

❶ 스프링의 탄력이 강하게 조정된 경우
❷ 밸브 시트의 구경. 밸브 각의 사이틈이 적은 경우
❸ 밸브 시트의 구경 밸브 각의 사이틈이 많은 경우
❹ 열 팽창 등에 의하여 밸브각이 밀착된 경우
❺ 밸브각이 뒤틀리고 고착된 경우

4️⃣ 자동제어 ☑️J1

종류	21A04	19C03
비례	17a04	20d04
종류	16A03	16b01	23A10
	19A02	20C01	18B03
보일러	19A09	21A09	17C10
	22A09	24b13
주의점	17C09

자동제어 중 연속동작 6가지를 쓰시오.

J1 자동제어(비례,적분,미분)

●비례동작(P) : 조작부를 편차의 크기에 비례하여 움직이게 하는 동작 외란이 있으면 잔류편차가 발생한다. 비례동작으로 동작신호에 대하여 조작량의 출력변화가 일정한 비례관계에 있는 제어동작으로 외란이 있으면 잔류편차가 발생한다.

●적분동작(I) : 제어량에 편차가 생겼을 때 편차의 적분차를 가감하여 조작단의 이동속도가 비례하는 동작으로 잔류편차가 제거되지만 진동하는 경향이 있어 제어의 안정성이 떨어진다.

●미분동작(D) : 조절계의 출력 변화가 편차의 변화속도에 비례하는동작 조작량이 동작 신호의 미분치에 비례하는 동작으로 제어량의 변화 속도에 비례한 정적동작을 한다. 일반적으로 진동이 제거되어 빨리안정되며 비례동작과 함께 사용된다.

● 비례적분동작(PI)

● 비례적분미분동작(PID)

● 비례미분동작(PD)

5️⃣ 댐퍼

공기조화기(AHU : Air Handling Unit)에서 다수의 얇은 금속판으로 이루어진 것으로 공기량을 조절하거나 차단하는 역할을 하는 것의 명칭을 쓰시오.

댐퍼

6️⃣ 프리퍼지 ☑️J3

인터록	17A08	20B05		18C05
프리퍼지	16b02	21A06

보일러 및 연소기는 점화나 착화전에 반드시 프리퍼지를 하여야 한다. 그이유를 간단히 기술하시오

프리퍼지

보일러를 가동하기 전에 노 내와 연도에 체류하고 있는 가연성 가스를 배출시켜 점화 및 착화 시에 폭발을 방지하여 안전한 가동을 위한 것

7️⃣ 온도계 ☑️I7

측정원리	19B06	21a07	17c01
열전대	19A01	20C07	18c10

접촉식 온도계를 측정원리에 따른 4가지로 분류하시오.

I7 온도계의 측정원리

바이메탈 : 선팽창계수가 다른 2종류의 앏은 금속판을 결합시켜 온도변화에 따라 구부러지는 정도가 다른 점을 이용
전기저항식 : 온도가 올라가면 금속제의 저항이 증가하는 원리를 이용
방사온도계 : 측정대상물체에서의 전방사에너지(복사에너지)를 렌즈 또는 반사경으로 열전대와 측온접점에 모아 열기전력을 측정하여 온도를 측정

열팽창, 열기전력, 저항변화, 상태변화

8️⃣ 보일러의 부식 ☑️K3

고온	18B05
저온	18A09	21A08	24c05
	20A05	22B07
보일러	16C06	19B05	22A16	18C01
계산	22C08

[보기]는 외부부식 중 저온부식에 관한 설명이다 ( )안에 알맞은 용어를 쓰시오.

P6 저온부식

연료 중에 함유된 유황분이 연소되어 (아황산가스(SO₂))가 되고 이것이 다시 (오산화바나듐(V₂O₅))의 촉매작용에 의하여 과잉공기와 반응하여 일부분이 (무수황산(SO₃))이 되고 이것이 연소가스 중의 (수증기(H₂O))와 화합하여 (급수예열기나 공기예열기) 등과 같은 저온의 전열면에 응축되어 황산(H₂SO₄)이 되어서 심한 부식을 일으키는 것이다.

9️⃣ 보일러 자동제어 ☑️ J1

종류	21A04	19C03
비례	17a04	20d04
종류	16A03	16b01	23A10
	19A02	20C01	18B03
보일러	19A09	21A09	17C10
	22A09	24b13
주의점	17C09

3요소식 수위제어 블록선도에서 해당되는 용어를 [보기]에서 찾아 쓰시오.(이미지참고)

🔟 오리피스(계산) ☑️I4

오리피스	19A	19B
계산	21A10	17B11

안지름 80[㎜]인 관로에 설치된 오리피스의 지름이 20[㎜]이다. 이 관로에 물을 유동시켰더니 오리피스 전후에서 압력수두의 차이가 120[㎜]발생했을 때 유량[L/min]을 계산하시오. (단, 유동계수는 0.66 이다.)

I4 오리피스(계산)

교축비계산

$$ m=(\frac{D_2}{D_1})^2 $$

유량계산

$$ Q=C\times A\times \frac{1}{\sqrt{1-m^2}}\times \sqrt{2\times g\times h} $$

교축비계산(m)

$$ m=(\frac{D_2}{D_1}^2) $$

$$ =(\frac{0.02}{0.08})^2=0.0625 $$

유량계산

$$ Q=C\times A\times \frac{1}{\sqrt{1-m^2}}\times \sqrt{2\times g\times h} $$

$$ =0.66\times \frac{\pi}{4}\times 0.02^2\times \frac{1}{\sqrt{1-0.0625^2}}\times \\ \sqrt{2\times 9.8\times 0.12}\times 60\times 100 \\ =19.116[L/\min] $$

1️⃣1️⃣ 대수온도차 ☑️E3

응용	22C18	21B09
기본	21A11	20C18	17A15	16C14
	24b02

대항류 열교환기에서 가열유체는 80[℃]로 들어가서 30[℃]로 나오고, 수열유체는 20[℃]로 들어가서 30[℃]로 나온다. 이 열교환기의 대수온도차[℃]는 얼마인가.

E3 대수온도차

\[\Delta t_m=\frac{\Delta t_1-\Delta t_2}{\ln(\frac{\Delta t_1}{\Delta t_2})} \]

$$ \Delta t_m=\frac{\Delta t_1-\Delta t_2}{\ln(\frac{\Delta t_1}{\Delta t_2})} $$

$$ =\frac{50-10}{\ln(\frac{50}{10})}=24.84 $$

1️⃣2️⃣ 노즐속도(등앤트로피팽창) I

1[MPa], 150[℃]의 압축공기가 단면축소 노즐을 통하여 0.5[MPa] 74[℃] 상태로 등엔트로피 팽창할 때 노즐에서의 분출속도[m/s]를 계산하시오.

(단, 공기의 정압비열(Cp)은1.0053[kJ/kg·K], 입구속도는 무시하고 압력은 절대압력이다.)

I5 노즐의속도

$$ w_2=\sqrt{2(h_1-h_2)+w_1^2} $$

$$ w_2=\sqrt{2\frac{k}{k-1}\times RT_1\times\{1-(\frac{P_2}{P_1})^{\frac{k-1}{k}}\}} $$

공기의 정열비열계산

공기의몰질량(M) : 29, Cv : 정열비열, 기체상수 : R

$$ C_p-C_v=R에서 R=\frac{8.314}{M}[kJ/kg\cdot K] \\ C_v=C_p-R=1.0053-\frac{8.314}{29}=0.71861 $$

$$ k=\frac{C_p}{C_v}=\frac{1.0053}{0.7186}=1.398 $$

$$ w_2=\sqrt{2\frac{k}{k-1}\times R\times T_1\times\{1-(\frac{P_2}{P_1})^{\frac{k-1}{k}}\}} $$

$$ =\sqrt{2\times\frac{1.4}{1.4-1}\times \frac{8.314}{29}\times(273+150)\times \{1-(\frac{500}{1000})^\frac{1.4-1}{1.4}\}} \\ =390.531[m/s] $$

1️⃣3️⃣ 이론공기량(A₀) ☑️G0

공기량	22B13	21A13	20A13	17A11
	21C10	19C11	23A03	19C13
	22C05	24A03	21A13

액체연료 조성이 탄소(C) 85[%], 수소(H) 11 [%], 수분(W) 4[％]일 때 이론공기랑[N㎥/kg]을 계산하시오.

G0 이론공기량(A₀)

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

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

$$ O_{0}=\frac{22.4}{12} C+\frac{22.4}{4}(H-\frac{O}{8})+\frac{22.4}{32}S $$

$$ A_{0}=\frac{22.4}{12\times 0.21} C+\frac{22.4}{4\times 0.21}(H-\frac{O}{8})+\frac{22.4}{32\times 0.21}S $$

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

1️⃣4️⃣ 폐열회수계산 ☑️B3

효율	16B14	22C02
절감율	16C10	24B18	21A14
온도	16A13	23A01	22A14
감소량	18A13	23A15
손실감소	20C15	23A07	22B09	24A10
절감금액	23B10
터빈출력	20D18

시간당 50,000[kg]의 물을 절탄기를 통해 60[℃]에서 90[℃]로 높여 보일러에 급수한다.
절탄기 입구 배기가스 온도가 340[℃]이면 출구온도는 몇 [℃]인가?
(단, 배기가스량은 75,000[Nm³/h], 배기가스 비열 1.05[kJ/Nm³·℃] 급수 비열 4.2[kJ/kg·℃], 절탄기 효율은 80[%]이다)

B3절탄기효율

\[ m_f\times C_{pf}\times(T_{fi}-T_{fo})=m_a\times C_{pa}\times(T_{ai}-T_{ao}) \]

절탄기에서 물이 흡수한 열량은 배기가스가 전달해준 열향의80%에 해당한다

\[Q_1=Q_2\times \eta\]

\[G_w\times C_w\times\Delta t_w=G_f\times C_f\times \Delta t_f\times \eta \]

\[\Delta t_f=\frac{G_w\times C_w\times\Delta t_w}{G_f\times C_f\times \eta}\]

\[t_{f1}=t_{f2}-\frac{G_w\times C_w\times\Delta t_w}{G_f\times C_f\times \eta}\]

\[=340-\frac{50000\times 4.2\times(90-60)}{75000\times 1.05 \times \times 0.8}=240\]

1️⃣5️⃣ 정압계산(피토관) ☑️I2

피토관	18c04
계산U	18A12	19C14	20A11
계산	22A05	16C13	18B13	21A15 (유량)
	22B14	19B12
	21C02

유량계수가 1인 피토 튜브를 공기가 흐르는 직경 400[㎜]의 배관 중심부에 설치하였더니 전압이 80[㎜Aq], 정압이 40[㎜Aq]로 지시되었을 때 평균 유량[㎥/s]을 계산하시오 (단, 공기의 비중량은 1.25[kgf/㎥], 물의 비중량은 1000[kgf/㎥], 평균유속은 배관 중심부 유속의 3/4에 해당한다)

I2 정압계산(피토관)

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

\[V=\sqrt{2gh\frac{\gamma_m-\gamma}{\gamma}} \]

\[ \gamma(물의 비중량) : 1000[kgf/m^3] \]

\[ 1[atm]=760[mmHg]\] \[=10332[mmHO]=101.325[kPa] \]

Pt 전압 Ps정압 γ공기밀도

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

$$ =1\sqrt{2\times 9.8\times \frac{80-40}{1.25}}=25.043[m/s] $$

$$ Q=A\times V $$

$$ Q=\frac{\pi}{4}\times D^2\times( V\times \frac{3}{4})=\frac{\pi}{4}\times 0.4^2 \times (25.04\times\frac{3}{4}) \\ =2.359[m^3/s] $$

1️⃣6️⃣.✋ 스털링사이클 N

그림은 스털링 사이클로 작동되는 기관의 T_S선도이다 압축비가 8이고, t1 20[℃], t3 1420[℃], 정압비열(Cp) 1.0035[kJ/kg·K], 정적비열(Cv) 0.718[kJ/kg·K]일 때 물음에 답하시오.

(1) 2 → 3 → 4 과정에서 가열 열량[kJ/kg]을 계산하시오. (2) 4 → 1 → 2 과정에서 방출 열량[kJ/kg]율 계산하시오. (3) 한 사이클당 계가 한 유효일랑[kJ/kg]을 계산하시오. (4) 열효율[%]을 계산하시오.

기체상수 R=Cp-Cv=1.005-0.718=0.287[kJ/kg K]

압축비

$$\epsilon=\frac{V_4}{V_3}=\frac{V_1}{V_2}$$

(1)2-3-4에서 공급되는 열량

$$Q=Q_1+Q_2=C_v\times(T_3-T_2)+RT_3\ln\frac{V_4}{V_3}$$

$$=0.718\times((1420-273)-(20+273))$$ $$+0.287\times(1420+273)\times\ln8=2015.6$$

(2)4-1-2에서 방출되는 열량

$$Q=Q_2+Q’_2=C_v\times(T_4-T_1)+RT_1\ln\frac{V_1}{V_2}$$

$$=0.718\times((1420-273)-(20+273))$$ $$+0.287\times(20+273)\times\ln8=1180.1$$

(3)한사이클을 돌렸을 때의 순수일량

$$W=Q-Q=2015.6-1180.1=835.5[kJ/kg]$$

(4)열효율[%]

$$\eta=1-\frac{Q}{Q}=1-\frac{1180.1}{2015.6}=0.4145=41.45\%$$

1️⃣7️⃣ 마찰손실계수 I

지름50[㎜], 길이25[m]의 배관에서 마찰손실은 운동에너지의 3.2[％]일 때 마찰손실계수는 얼마인가? (단, 소수점 여섯째 자리까지 구하시오.)

$$ h_f=f\times\frac{L}{D}\times(\frac{V^2}{2g}) $$

$$=f\times\frac{25}{0.05}\times\frac{V^2}{2g} =\frac{V^2}{2g}\times0.032$$

$$f=\frac{0.05}{25}\times0.032=0.000064$$

1️⃣8️⃣ 전도열계산(다층벽) ☑️D7

	17B14	17C12	18B11	20C17
중간온도	16B12	19A12	20A12
	22A07			21B11
중공원통	16C11	18C13	19C12
다층벽	22B18	21A18	20D12	23B12
	23A13
구형용기	22C13	16A14	24B17
스케일	16C09	20D16
복사	20A15

►다층벽 16C09 22B18 21A18 19B14

내부온도 200[℃], 외부온도 20[°C]인 곳에 열전도율이 각각 다른 “A”, “B”, “C”, “D”재료로 그림과 같이 3중 구조체가 설치되었고, 구조체의 중간 부분은 “B”와 “C”가 2단으로 구성되어 있다. 이때 “B’’와 “D”의 경계면 온도가 90[℃]로 측정되었을 때 “A”의 열전도율[W/m·°C]을 계산하시오.

(단, “B”, “C”, “D” 열전도율은 각각 10[W/m·℃], 5[W/m·℃], 1[W/m·℃]이고, 내부의 표면 열전달률은 40[W/㎡·K], 외부의 표면 열전달률은 10[W/㎡·K]이고, “A”와 “B”, “C”가 만나는 면의 온도(t₁)와”B”, “C”와 “D”가 만나는 면의 온도(t₂)는 각각의 면 전체에 동일한 것으로 하며, 열 이동 은 상하로는 없고 좌에서 우로 직선 방향으로만 이동하는 것으로 한다.)

D8 다층벽 열전도열 계산

\[Q=\frac{1}{\frac{b_1}{\lambda_1}+\frac{b_2}{\lambda_2}+\frac{b_3}{\lambda_3}}\cdot F\cdot\Delta t\]

$$ Q=K\times F\times \Delta T $$

$$ Q=\frac{1}{\frac{b_1}{\lambda_1}}\times F\times \Delta T $$

$$ Q_2=\frac{1}{\frac{b_D}{\lambda_D}+\frac{1}{\alpha_2}}\times F\Delta t” \\ =\frac{1}{\frac{0.05}{1}+\frac{1}{10}}\times(2\times 1)\times (90- 20) \\ =933.333 $$

$$ \lambda_{(B+C)_m}=\frac{10+5}{2}=7.5[W/mC] $$

$$ Q_1=\frac{1}{\frac{1}{\alpha_1}+\frac{b_A}{\lambda_A}+\frac{B_{(B,C)}}{\lambda_{(B,C)}}+\frac{b_D}{\lambda_D}+\frac{1}{\alpha_2}}\times F\times \Delta t’ $$

$$ \lambda_A=\frac{b_A}{\frac{F\times\Delta t’}{Q_1}-\{\frac{1}{\alpha_1}+\frac{B_{(B,C)}}{\lambda_{(B,C)_m}}+\frac{b_D}{\lambda_D}+\frac{1}{\alpha_2}\}} $$

$$ =\frac{0.05}{\frac{(2\times 1)\times(200-20)}{933.33}-\{\frac{1}{40}+\frac{0.5}{7.5}+\frac{0.05}{1}+\frac{1}{10}\}} \\ =\frac{0.05}{\frac{(2\times 1)\times(200-20)}{9.33.33}-\frac{29}{120}}=0.347 $$

에너지 21년기출A

에너지 21년기출A