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2024 국가직 9급 총평 및 해설 (공단기 심우철T)

 

전달현상정답(2021-04-03 / 206.1KB / 131회)

 

 전달현상 고 책형 1 쪽 전달현상 문 1. 뉴톤 유체(Newtonian fluid)의 특성으로 옳지 않은 것은? ① 전단 응력(shear stress)과 전단 속도(shear rate)의 비는 일정 하다. ② 전단 응력이 가해지고 있는 한 유체의 흐름은 지속된다. ③ 유체에 작용하는 힘은 유체의 변형(deformation)에 비례한다. ④ 유체에 가해진 전단 응력을 제거해도 본래의 모양으로 되돌아 오지 않고 변형된 상태를 유지한다. 문 2. 대류 열전달계수가 큰 것부터 순서대로 올바르게 나열한 것은? ① 공기의 자연대류 > 물의 강제대류 > 수증기의 응축 ② 공기의 자연대류 > 수증기의 응축 > 물의 강제대류 ③ 수증기의 응축 > 물의 강제대류 > 공기의 자연대류 ④ 물의 강제대류 > 수증기의 응축 > 공기의 자연대류 문 3. 증류탑을 이용한 2성분계 혼합물의 연속증류에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 증류탑 위로 갈수록 저비점 성분(lower-boiling component)의 농도가 감소한다. ② 이상단(ideal plates)에서 배출되는 증기와 액체는 평형상태에 있다. ③ 저비점 성분의 기화에 필요한 에너지는 주로 고비점 성분 (higher-boiling component)의 응축에 의하여 공급된다. ④ 증류탑 아래로 갈수록 온도가 높아진다. 문 4. Langmuir 흡착이론에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 모든 흡착점에서 흡착열은 일정하다고 가정한다. ② 흡착된 분자간에 상호작용이 없다고 가정한다. ③ 화학흡착보다 물리흡착에 더 적합하다. ④ 단분자층 흡착만 일어난다고 가정한다. 문 5. 간격이 일정한 두 평판 사이에 비압축성 뉴톤 유체가 있다. 아래의 판은 정지해 있고 위의 판은 U의 속도로 움직일 때(그림 1) 정상상태(steady state)에서 위의 판에 가해지는 단위면적당 힘은 F이다. 두 평판 사이의 중앙 지점에 새로운 판을 넣고 이를 U의 속도로 움직이게 할 때(그림 2) 정상상태에서 중앙의 판에 가해지는 단위면적당 힘은? U U ① 0.5 F ② 1 F ③ 2 F ④ 4 F 문 6. 안지름이 60 cm인 원통관 내를 800 psia, 20 °C의 도시가스가 15m/s의 유속으로 흐른다. 이 관이 안지름 1m인 다른 관에 연결되어 500 psia, 20 °C로 바뀌었다. 연결된 관 내에서 도시가스의 유속 [m/s]은? (단, 도시가스는 이상기체라 가정한다) ① 5.4 ② 8.6 ③ 14.4 ④ 24 문 7. 높이가 10 m이고 바깥지름이 2 m인 원통형 굴뚝이 수직으로 설치 되어 있다. 바람이 땅에 수평한 방향으로 10 m/s의 속도로 불 때 굴뚝에 작용하는 항력(drag force)[N]은? (단, 항력계수는 0.4이고 공기의 밀도는 1.2 kg/m3이다) ① 320 ② 480 ③ 510 ④ 590 문 8. 원통관 내를 흐르는 유체에 상변화 없이 열이 전달된다. 이 때 Nusselt 수는 7이고 Reynolds 수는 1,000이라면 원통의 지름[m]은? (단, 열전달계수는 280 kcal/m2hr°C이고 원통관의 열전도도는 0.4 kcal/mhr°C이다) ① 0.01 ② 0.1 ③ 1 ④ 10 문 9. 분리공정 중 증류와 비교한 추출의 장점으로 옳지 않은 것은? ① 저농도로 존재하는 성분의 제거가 가능하다. ② 수용액 또는 유기 용제에 용해되거나 착물을 형성하는 무기 물질에 사용 가능하다. ③ 비점이 유사하고 용해도의 차이가 있는 액체의 분리가 가능 하다. ④ 증발열이 적은 물질의 분리 시 비용절감이 가능하다. 문 10. 증류와 공비혼합물에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 2성분계 최고 공비혼합물의 비점곡선과 증기압 곡선은 모두 극대점을 갖는다. ② 추출증류란 공비혼합물의 한 성분과 친화력이 크고 비휘발성 또는 약휘발성인 물질을 첨가하여 그 성분의 증기분압을 저하시킨 상태에서 증류하는 분리조작이다. ③ 추출증류와 공비증류는 공비혼합물의 분리에 유리하고 수증기 증류와 진공증류는 물과 섞이지 않는 물질이나 고급 지방산과 같은 물질의 분리에 유리하다. ④ 2성분계 최고 공비혼합물은 휘발도가 정규상태(normal state) 보다 비정상적으로 낮고 각 성분의 활동도계수가 모두 1보다 작다. 전달현상 고 책형 2 쪽 문 11. Hagen-Poiseuille 방정식을 유도하기 위한 가정으로 옳지 않은 것은? ① 유체는 연속이다. ② 뉴톤 유체(Newtonian fluid)이다. ③ 압축성 유체이다. ④ 층류 흐름이다. 문 12. 점도(점성계수)와 온도의 관계에 대한 설명으로 옳은 것은? ① 일반적으로 기체의 점도는 온도에 비례하고 액체의 점도는 반비례한다. ② 일반적으로 기체와 액체의 점도는 온도에 반비례한다. ③ 일반적으로 기체의 점도는 온도에 반비례하고 액체의 점도는 비례한다. ④ 일반적으로 기체와 액체의 점도는 온도에 비례한다. 문 13. 무차원인 Prandtl 수의 정의와 물리적 의미로 옳은 것은? (단, D는 관의 지름, μ는 유체의 점도, u는 유속, Cp는 유체의 정압비열, k는 유체의 열전도도, ρ는 유체의 밀도이다) ① Cpμ k , 동점도 열확산계수 ② Cpμ k , 관성력 점성력 ③ Duρ μ , 관성력 점성력 ④ Duρ μ , 동점도 열확산계수 문 14. 열전도도에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 분자량이 작은 기체는 열전도도가 크다. ② 전기전도도가 큰 금속은 열전도도가 크다. ③ 온도가 증가할수록 기체, 액체, 고체의 열전도도는 크게 증가 한다. ④ 금속보다 비금속의 열전도도가 작다. 문 15. 물질의 확산계수에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 계의 압력과 온도에 의존한다. ② 분자량, 분자크기 및 혼합물 내 분자간 인력에 의존한다. ③ 기체, 액체, 고체 중 일반적으로 고체의 값이 가장 크다. ④ 확산플럭스(diffusion flux)와 농도구배 간의 비례상수이다. 문 16. 물탱크에 안지름이 1 cm인 유입관이 한 개 있고, 0.5 cm인 유출관이 두 개 있다. 유입관의 유속은 50 cm/s이고, 유출관 중 한 개의 유속은 70 cm/s이다. 탱크 안의 물의 질량이 시간에 따라 일정 하다면 다른 유출관의 유속 [cm/s]은? ① 50 ② 70 ③ 100 ④ 130 문 17. 공기를 불어 넣어서 뜨거운 유리판의 양면을 냉각시킬 때 유리판의 균열을 방지하기 위해서 유리판의 온도 구배는 20 K/cm 이하여야 한다. 유리판의 초기 온도가 900 K라면 유리판을 냉각시키기 위해 사용할 수 있는 공기의 최저 온도 [K]는? (단, 공기의 온도는 일정하다고 가정한다. 유리판의 열전도도는 1.35 W/m K이고 유효 표면 열전달계수는 5 W/m2K이다) ① 300 ② 360 ③ 440 ④ 540 문 18. 두께가 500 mm인 노벽을 통해 1차원 정상상태(steady state) 열전도가 일어난다. 노벽의 열전도도가 2.5 kcal/m hr°C라면 노벽 5 m 2당 전열저항(thermal resistance) [hr°C/kcal]은? ① 0.01 ② 0.04 ③ 1 ④ 6.25 문 19. 탄소 강재로 만든 압력용기 내에 수소 가스가 저장되어 있다. 용기의 두께는 20 mm이며 용기 내벽과 외벽의 수소 농도는 각각 2 mol/ℓ, 0mol/ℓ이다. 용기 벽을 통한 수소의 확산플럭스(diffusion flux)[kg/m2s]는? (단, 용기벽에서 수소의 확산계수는 0.26 × 10-12m 2/s이고 1차원 정상상태 확산을 한다. 용기 내의 수소 농도는 일정하다고 가정하고 화학반응은 고려하지 않는다) ① 2.6 × 10-12 ② 5.2 × 10-12 ③ 2.6 × 10-11 ④ 5.2 × 10-11 문 20. Knudsen 확산이론에 대한 설명으로 옳은 것은? ① 기체의 확산계수는 세공지름의 제곱에 비례한다. ② 기체의 확산계수는 절대온도의 제곱근에 반비례한다. ③ 기체의 확산계수는 분자량의 제곱근에 비례한다. ④ 기체 분자들의 평균 자유행로가 세공지름에 비해 훨씬 큰 경우에 적용된다.


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