2013 국가직 7급 전달현상 문제 정답 - 2013.6.22.

 

전달현상-인정답(2021-04-16 / 269.1KB / 135회)

 

 전달현상 인 책형 1 쪽 전달현상 문 1. 유체의 유변학적 성질에 대한 설명으로 옳은 것은? ① 기체의 점도는 온도가 증가함에 따라 감소한다. ② 뉴톤유체(Newtonian fluid)에서 전단응력은 전단율에 비례하며, 그 비례상수를 점도라 부른다. ③ 운동점도(kinematic viscosity)는 운동량 확산계수(momentum diffusivity)라고 부르며, 단위는 poise이다. ④ 유사가소성 유체(pseudo-plastic fluid)는 전단이 작용한 시간에 따라 전단응력과 전단율의 관계가 달라진다. 문 2. 45˚로 기울어진 경사면 위를 유체가 강하막흐름(flow of a falling film)으로 흐르고 있다. 이 유체가 비압축성유체이고 층류로 흐를 때, 강하막흐름의 두께를 계산하기 위해 필요한 정보가 아닌 것은? (단, 유체는 경사면 전체를 덮고 흐르며, 경사면의 폭 방향과 길이 방향의 끝단에서 일어나는 흐름교란 현상은 무시한다) ① 경사면의 폭 ② 유체의 점도 ③ 경사면의 길이 ④ 유체의 질량유속 문 3. 유체의 흐름에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 비압축성 뉴톤유체가 수평 원형관 내부를 Reynolds 수 80의 정상 층류로 흐를 때, 관 벽의 거칠기의 영향을 무시하면 관 벽에서의 마찰계수는 0.2이다. ② 액체 저장탱크에서 나가는 관의 출구를 나팔 모양으로 만들면, 급격한 유로변화가 있는 경우에 비해 관 내 흐름이 난류로 바뀌는 것을 일부 방지할 수 있다. ③ 마찰이 있고 단열된 일정한 직경의 관을 통해 기체가 흐를 때, 관의 길이를 계속 증가시켜 초음속을 얻는 것이 가능하다. ④ 두 평판 사이를 흐르는 유체의 입구 흐름에서 유체가 경계층 영역에 들어서면, 평판 내 유체의 속도는 평판 중심으로부터 평판 벽까지의 위치에 따라 변화하게 된다. 문 4. 열전달 현상을 표현하는 푸리에의 법칙(Fourier’s law)과 관련된 설명으로 옳은 것은? ① 대류에 의한 열전달을 표현하는 수식이다. ② 열전도도는 물질 고유의 특성이다. ③ 고체를 통한 열전달의 경우 열전도도가 클수록 고체 내 두 지점 사이의 온도 차이가 크다. ④ 두 지점 사이의 온도 차이와 거리 및 시간에 대한 정보만 있으면 푸리에의 법칙에 의해 열전달 속도를 계산할 수 있다. 문 5. 물질확산계수와 열확산계수는 모두   의 단위를 갖는다. 이 두 확산계수의 조합으로 표현되는 무차원 수로 옳은 것은? ① Reynolds 수 ② Grashof 수 ③ Knudsen 수 ④ Lewis 수 문 6. 그림과 같이 두 평판 사이를 유체가 층류로 흘러들어갈 때, 입구 지역 ≤  ≤   은 포텐셜 유동 영역과 경계층 영역으로 구분된다. 두 영역에서 주어진 각각의 속도조건을 활용하여 포텐셜 유동 영역내 속도   를 평균속도  와 의 변수로 옳게 표현한 것은? (단, 는 중심에서 평판 벽까지의 거리이고,    지점을 중심으로 위와 아래 영역은 서로 대칭이며, 경계층 영역의 두께는 δ 이다)              경계층 영역 (boundary-layer region) 포텐셜 유동 영역 (potential flow region)           ≤  ≤       ≤  ≤  ①        ②        ③        ④        문 7. 미세한 고체입자(질량 ×  )가 공기 속에서 자유낙하한다. 이 고체입자의 종말속도(terminal velocity)[ ]는? (단, 부력은 무시하며 항력( )은  , 는 고체입자의 순간속도, 는 항력계수로 ×    ․  이며, 중력가속도는  이다) ① 0.05 ② 0.5 ③ 5 ④ 50 문 8. 이중관 열교환기(double-pipe heat exchanger)를 통해 뜨거운 액체와 찬 액체를 향류로 접촉시켰다. 총괄열전달계수가      ․  ․ ℃ 이고, 뜨거운 액체의 온도는  ℃ 에서  ℃로, 찬 액체의 온도는  ℃ 에서  ℃ 로 변화되었다면,   의 면적당 열 교환량[k  ․  ]은? (단, ln3 ＝ 1.1로 계산한다) ① 254.5 ② 354.5 ③ 454.5 ④ 545.5 문 9. 그림과 같이 넓은 두 고체 평판 사이에 액체가 채워져 있다. 액체의 대류에 의한 열전달은 없고 전도에 의한 열전달만 있다고 가정할 때의 Nusselt 수(    )로 옳은 것은? (단, 열 플럭스 (heat flux) 는   , 는 열전달계수, 는 온도이다)    액체 ① 0.5 ② 1 ③ 2 ④  전달현상 인 책형 2 쪽 문 10. 연속 분별 증류탑에서 60 mol%의 벤젠과 40 mol%의 톨루엔으로 구성된 혼합원료를 분리하기 위한 이론단수를 McCabe-Thiele법에 의해 구하려고 한다. 이 혼합원료가 20 %의 포화증기와 80 %의 포화액체로 구성되어 증류탑에 공급된다면   평형도표에서 원료공급선의 표현식으로 옳은 것은? (단, 와 는 각각 액상과 기상에서 벤젠의 몰분율이다) ①         ②     ③         ④     문 11. 그림과 같이 단면적이 변하는 관을 통하여 일정한 밀도의 유체가 흐르면 유체 속의 기포도 함께 이동한다. 이 기포가 단면적이 큰 지역에서 작은 지역으로 이동할 때 기포의 크기와 속도에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 관내 마찰은 무시하며, 기포의 크기는 관의 단면에 비하여 매우 작고 기포 표면에서는 표면장력이 유체의 관성력이나 점성력보다 우세하다) ① 기포의 크기가 작아지고 속도가 증가한다. ② 기포의 크기가 커지고 속도가 증가한다. ③ 기포의 크기가 작아지고 속도가 감소한다. ④ 기포의 크기가 커지고 속도가 감소한다. 문 12. 기체의 확산계수에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 분자량이 작을수록 확산계수는 감소한다. ② 압력이 감소하면 기체의 확산계수는 증가한다. ③ 온도가 증가하면 기체의 확산계수는 증가한다. ④ 분자 크기가 작을수록 충돌수가 적어 확산계수가 증가한다. 문 13. 물질전달 현상으로 설명하기에 적합하지 않은 공정은? ① 공기로부터 액체 질소 및 산소의 생산 ② 물을 이용한 기체로부터의 암모니아의 제거 ③ 반도체 공정에서 실리콘기판을 붕소(boron)로 도핑 ④ 일정농도의 산소가 용존되어 있는 혈액이 혈관을 따라 이동 문 14. 대기압 하에서 어느 기체 A를 포함한 혼합기체가 액체의 물과 평형상태에 있다. 기상에서 기체 A의 분압은 380 mmHg이고, 액상 중에 용해된 A의 몰 분율은  ×  로 매우 희박하여 헨리의 법칙(Henry’s law)을 적용시킬 수 있다면 A성분의 헨리 상수[atm]는? ①  ×   ②  ×   ③  ×   ④  ×   문 15. 대기압 하에서 에탄올(성분1)과 물(성분2)의 액상 혼합물이 그 증기와 기－액 평형을 이루고 있다. 기상의 조성이 에탄올 3몰과 수증기 2몰로 구성될 때, 에탄올의 액상 몰분율이 0.4라면 에탄올의 물에 대한 상대 휘발도()는? ① 0.44 ② 1.00 ③ 1.75 ④ 2.25 문 16. 평행으로 마주 보고 있는 서로 다른 온도의 두 흑체면 사이에 흑체인 열차단막(thermal shield)을 설치한다고 가정하자. 열차단막이 없는 경우에 비해, 차단막이 있는 경우 전달되는 열의 양은 얼마로 감소되는가? (단, 열차단막의 두께는 무시한다) ① 1/8배 ② 1/4배 ③ 1/2배 ④ 1배 문 17. 점탄성(viscoelastic) 유체 흐름의 예로 옳은 것은? ① 진흙은 속도구배가 커짐에 따라 점도가 감소한다. ② 파리를 잡는 끈끈이액은 속도구배가 커짐에 따라 점도가 증가한다. ③ 치약은 힘을 가하면 쉽게 짜낼 수 있지만, 칫솔 위에서 잘 흘러내리지 않는다. ④ 하수슬러지는 전단응력이 최소한 문지방값(threshold)을 넘어야 흐르기 시작한다. 문 18. 프란틀(Prandtl) 수,     가 1보다 매우 큰 경우에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 는 열용량, 는 점도, 는 열전도도이다) ① 운동량 확산이 빨라 전도보다 대류에 의하여 열이 전달된다. ② 열확산이 빨라 전도보다 대류에 의하여 열이 전달된다. ③ 운동량 확산이 빨라 대류보다 전도에 의하여 열이 전달된다. ④ 열확산이 빨라 대류보다 전도에 의하여 열이 전달된다. 문 19. 건조한 공기 100 kg과 수증기 3 kg으로 구성된 습윤공기가 있다. 이 때 온도는 ℃이고, 전체압력은 760 mmHg라면, 수증기의 분압[mmHg]은? (단, 공기의 분자량은 30, 수증기의 분자량은 18이다) ① 36.2 ② 46.2 ③ 56.2 ④ 66.2 문 20. 전기적으로 가열된 와이어(hot-wire)를 공기흐름 방향에 수직 으로 삽입함으로써 공기의 속도를 측정할 수 있다. 와이어가 발산하는 전기에너지는 강제대류에 의해 모두 공기로 전달되는 것으로 간주한다. 0.5 의 전기에너지를 발산하는 와이어를 온도 ∞  ℃의 공기에 삽입한 결과, 와이어의 표면온도가   ℃를 유지하고 있다면 공기의 속도[]는? (단, 와이어는 길이 20 mm, 지름 0.5 mm의 실린더이며, 공기의 속도()와 대류열전달계수()의 상호관계는 SI 기본 단위계를 사용할 때,   ×     이고, 정상상태에서 와이어로부터 발생 하는 자연대류와 복사에 의한 열전달은 무시한다) ① 6.3 ② 8.3 ③ 10.3 ④ 12.3