2018 국가직 7급 전달현상 문제 정답 - 2018.8.18.

 

전달현상-나정답(2021-05-16 / 234.5KB / 190회)

 

 전달현상 나 책형 1 쪽 전달현상 문 1. 수평으로 고정된 평판 위를 흐르는 유체의 Reynolds 수에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① Reynolds 수가 10,000이면 난류이다. ② Reynolds 수는 점성력에 대한 관성력의 비이다. ③ Reynolds 수는 유체의 점도에 반비례한다. ④ Reynolds 수는 강제대류의 Nusselt 수에 영향을 준다. 문 2. 증류탑에서 공급단으로 들어가는 공급원료가 과열증기(superheated vapor)상태이다. 공급단에서 9몰의 공급원료에 대하여 2몰의 액체가 기화할 때, 원료공급선(feed line)의 기울기는? ①    ②    ③   ④   문 3. 연구용 잠수함이 해저 1 km에서 운항 중이다. 잠수함 내부의 절대압력이 1 atm일 때, 잠수함에 설치된 지름이 20 cm인 창에 가해지는 힘[kN]은? (단, 해수의 밀도는 1.1 g cm-3이고, 중력 가속도는 9.8 m s -2이다) ① 128.5 ② 338.5 ③ 541.6 ④ 751.6 문 4. 이성분계 기체확산계수에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 분자량이 작아지면 확산계수가 커진다. ② 온도가 높아지면 확산계수가 커진다. ③ 분자의 크기가 커지면 확산계수가 작아진다. ④ 압력이 낮아지면 확산계수가 작아진다. 문 5. 열교환기에서 관(pipe) 내부유체에 대한 열전달계수가 600Wm -2 K -1 이고, 관 외부유체에 대한 열전달계수가 500 W m -2 K -1일 때, 관 내부면적을 기준으로 한 총괄열전달계수[W m -2 K -1]는? (단, 관의 내부지름은 5 cm, 두께는 0.5 cm이며, 관에서 전도를 통한 열전달저항은 무시한다) ① 300 ② 400 ③ 500 ④ 600 문 6. 300 K에서 수소가 수평으로 놓인 평판 고분자 막을 통해 확산하고 있다. 막의 상부와 하부에서의 압력은 각각 3 × 106 Pa과 5 × 105 Pa 이다. 이 온도에서 막에 대한 수소의 투과계수(permeability coefficient)가 4 × 10-13 mol m -1 s -1 Pa-1이고, 수소의 몰플럭스(molar flux)가 3.6 kmol m -2 h -1일 때, 막의 두께[μm]는? ① 1 ② 10 ③ 100 ④ 1,000 문 7. 반지름이 인 수평 관(pipe) 안에서 비압축성 뉴톤유체(Newtonian fluid)가 층류로 흐르고 있다. 이 흐름은 Hagen-Poiseuille 관계식을 만족하며 완전발달된 속도분포를 보인다. 관 안에서 유체의 최대 속도( )는? (단, 는 압력차의 절대값이고, 은 관의 길이 이며, 는 유체의 점도이다) ①      ②     ③      ④     문 8. 지름이 10 cm이고 표면온도가 400 K인 강철봉(steel rod)이 공기와 벽의 온도가 모두 300 K인 방 한가운데에 수평으로 매달려 있다. 열전달계수는 10 Wm -2 K -1이고, 강철봉에서 방출된 복사에너지는 모두 벽으로 전달된다고 할 때, 강철봉의 단위길이당 총 열손실 [Wm -1]은? (단, 봉의 길이는 지름에 비해 매우 크고, 강철봉과 벽은 흑체이며, Stefan-Boltzmann 상수 값은 1 × 10-8 W m -2 K -4 이라고 가정하고, 전도에 의한 열전달은 무시한다) ① 69 ② 369 ③ 1,069 ④ 1,569 문 9. 공기 중의 기체 A를 물에 흡수시키고자 한다. 이 기체흡수 공정에서 평형선의 기울기는 1이며, 액체경막저항이 기체경막저항의 5배이다. 액체경막계수만 변화시켜 A의 흡수속도를 2배로 높이기 위해서는 액체경막계수를 처음의 몇 배로 해야 하는가? ① 0.4 ② 1 ③ 2.5 ④ 4 전달현상 나 책형 2 쪽 문 10. 고체물질  내에서 물질 와 가 확산하고 있다. 이들의 확산 계수를 각각 와 라고 하자. 이 확산계수들은 온도에 대해 Arrhenius 식의 형태를 따르고, 온도가 높아지면서 와 는 동일한 값으로 수렴할 때, 온도    에서의   는 온도 에서의   의 몇 배인가? (단, 은 기체상수이고, 모든 온도에서 물질 의 확산활성화에너지는  , 물질 의 확산 활성화에너지는 로 일정하다) ① e ② e 2 ③ e -1 ④ e -2 문 11. 기체 가 고체 촉매표면에서 화학반응 →를 통해 기체 로 전환된다. 촉매표면의 기체경막을 통한 -방향 확산에 비해 반응속도가 매우 빠를 때, 의 -방향 몰플럭스()는? (단, 는 의 기상 몰분율, 는 확산계수, 는 기체 영역에서 촉매표면으로의 좌표이며, 는 전체 농도로 일정하다) 촉매 기체  기체      ①       ②       ③       ④       문 12. 직렬로 연결된 세 개의 고체평판 A, B, C 층을 통과하는 정상상태 열흐름에서 각 층의 온도 분포는 그림과 같다. A, B, C 각 평판의 두께()는 10 mm, 20 mm, 40 mm이고, 각 평판에서의 온도 차이 ()는 40 K, 20 K, 10 K이다. 열전도도가 가장 큰 평판은 어느 것이며, 평판 B의 열전도도는 평판 A의 열전도도의 몇 배인가? A B C        ① A, 0.25 ② A, 4 ③ C, 0.25 ④ C, 4 문 13. 비압축성 유체가 4 cm s -1의 평균속도로 내부지름이 4 cm인 관(pipe) 안에서 흐르고 있다. 이 유체의 밀도가 2 g cm-3이고 점도가 2 cP일 때, Fanning 마찰인자(friction factor)는? ① 0.005 ② 0.01 ③ 0.05 ④ 0.1 문 14. 그림과 같이 벽에 부착된 지름이 이고 길이가 인 봉(rod) 형태의 알루미늄 핀(fin)을 통해 열이 방출되고 있다. 핀 외부로의 대류와 -방향의 1차원 정상상태 열전도만을 고려한 핀에서의 온도 분포(  ) 지배방정식은? (단, 는 열전달계수이고, 는 핀의 열전도도이며, 는 벽의 온도, 는 공기의 온도이고,   이다)             ①          ②          ③           ④           문 15. 창문에 환풍기를 설치하여 실내의 오염된 공기를 실외로 방출 하고자 한다. 피토정관(pitot-static tube)의 차압계를 환풍기 바로 외부에 설치하여 압력차를 측정하였더니 260 Pa이었다. 환풍기를 통해 방출되는 공기 흐름의 속도[m s -1]는? (단, 공기의 밀도는 1.3 kg m -3이고, 피토정관에 대한 마찰은 무시한다) ① 10 ② 20 ③ 30 ④ 40 문 16. 열린 탱크가 300 K의 공기에 노출된 상태로 벤젠을 저장하고 있다. 300 K에서 벤젠의 증기압이 1.2 × 104 Pa, 물질전달계수가 0.08 m s -1일 때, 벤젠의 증발속도[mol m -2 s -1]는? (단, 기체상수는 8.0 Pa m 3 mol-1 K -1이다) ① 0.1 ② 0.2 ③ 0.4 ④ 0.8 전달현상 나 책형 3 쪽 문 17. 이중관 열교환기에서 고온 유체가 작은 관(pipe) 내부를, 저온 유체가 두 관 사이의 환상 공간(annular space)을 통해 흐르고 있다. 두 유체의 흐름은 난류이고 모든 관의 표면은 매끄럽다. 작은 관 벽 근처에서 관의 반지름 -방향에 대한 저온 유체의 온도 분포 함수   일 때, 저온 유체에 대한 Nusselt 수는? (단, 는 작은 관의 외부 반지름, 는 환상 공간의 상당지름(equivalent diameter)이고,  은 저온 유체의 평균온도, 는 저온 유체와 접한 작은 관의 벽면 온도이다) ①     ②    ③      ④    문 18. 내부지름이 10 mm, 외부지름이 20 mm인 고무 관(pipe)의 내벽 온도가 275 K, 외벽 온도가 300 K로 일정하게 유지되고 있다. 이 관을 통한 열전달량이 15 W일 때, 이 관의 길이[m]는? (단, 고무의 열전도도는 0.0151 W m -1 K -1이고, ln 2 ＝ 0.7로 가정한다) ① 1.31 ② 2.65 ③ 3.92 ④ 4.43 문 19. 다음의 2차원 속도장(velocity field) 중에서 비압축성 흐름이 아닌 것은? (단, 와 는 각각 -방향의 속도와 -방향의 속도이며, 시간() > 0이다)   ①   ②   ③       ④   문 20. 밀도가 1,000 kg m -3인 물이 관(pipe) 안을 일정한 유속으로 흐른다. 관 출구는 입구보다 4 m 높고, 입구에서의 절대압력은 1 kgf cm-2, 출구에서의 절대압력은 2 kgf cm-2이다. 물이 펌프에 의해 물 1 kg당 20 kgf m의 에너지를 공급받는다면, 관에서 마찰에 의한 에너지 손실[kgf m kg-1]은? ① 2 ② 4 ③ 6 ④ 8