2020 국가직 7급 전달현상 문제 정답 - 2020.9.26.

 

전달현상-나정답(2021-05-29 / 414.3KB / 255회)

 

 2020년도 국가공무원 7급 공채 필기시험 전달현상 나 책형 1 쪽 전달현상 문 1. 내경이 1 cm인 원형 수평관을 통해 물이 층류(laminar flow)로 흐른다. 이 관 중심에서의 유속이 0.2 m s -1일 때, 레이놀즈 수는? (단, 물의 흐름은 정상상태의 완전발달된 흐름이며, 물의 밀도와 점도는 각각 1 g cm-3와 1 cP이다) ① 100 ② 200 ③ 1,000 ④ 2,000 문 2. Hagen-Poiseuille 식이 적용되는 유체의 흐름에서 관의 반지름이 2배로 커질 때, 부피유량은? (단, 관의 길이, 압력차, 점도는 일정하다) ① 절반으로 줄어든다. ② 그대로 일정하다. ③ 4배가 된다. ④ 16배가 된다. 문 3. 직경이 각각 0.5 mm와 1 mm인 두 구형 입자가 정지유체 내에서 하강하여 종말속도에 도달한다. 두 입자의 레이놀즈 수가 모두 1 미만일 때, 직경이 작은 입자의 종말속도에 대한 직경이 큰 입자의 종말속도의 비는? (단, 두 입자의 밀도는 같다) ① 2 ② 4 ③ 8 ④ 16 문 4. 금속 실린더에서 실린더 1 m 3당 1,000 W의 열에너지가 발생하고 있다. 이 실린더 외부 표면에서의 열플럭스(heat flux)가 1 W m －2일 때, 이 실린더의 반지름[mm]은? (단, 실린더의 길이가 충분히 길어서 실린더 양 끝의 원형 면적은 무시할 수 있고, 모든 열전달은 정상상태에서 일어난다) ① 1 ② 2 ③ 10 ④ 20 문 5. 평판 위에서 형성되는 유체의 경계층(boundary layer)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 경계층 이론은 레이놀즈 수가 증가함에 따라 전단응력의 영향을 받는 영역이 감소한다는 개념에 기반한다. ② 경계층의 두께는 유체의 자유흐름속도(free stream velocity)의 99 %에 도달하는 거리로 정의된다. ③ 경계층 내부의 유체 흐름 거동은 흐름이 진행됨에 따라 층류에서 전이영역으로 변화하고 결국 난류로 바뀌게 된다. ④ 경계층의 국부 레이놀즈 수는   로 정의된다. 이때 는 경계층의 두께, 는 유체의 자유흐름속도, 는 유체의 밀도, 는 유체의 점도이다. 문 6. 고체 구 주위로 밀도, 점도 및 유속이 일정한 공기가 흐르고 있다. 공기 흐름에 대한 레이놀즈 수가 0.05일 때, 구의 단위표면적당 작용하는 평균 항력(drag force)은 공기의 단위부피당 평균 운동 에너지의 몇 배인가? ① 60 ② 120 ③ 600 ④ 1,200 문 7. 밀폐된 용기 안에 밀도가 0.8 g cm-3인 기름이 들어 있고, 기름 표면 위의 공기 압력이 0.2 kgf cm-2일 때, 기름 표면으로부터 2 m 아래 지점에서의 압력[kgf cm-2]은? ① 0.16 ② 0.28 ③ 0.36 ④ 1 문 8. 그림과 같이 한 변의 길이가 L인 정육각형 단면을 갖는 관의 상당직경(equivalent diameter)은? ①  L ②  L ③  L ④  L 문 9. A와 B의 혼합용액 중 성분 A를 추출용매 C를 사용하여 추출한다. 추출상(extract phase)에서의 각 성분의 질량비는 A : B : C ＝ 30 : 10 : 60이고, 추잔상(raffinate phase)에서의 각 성분의 질량비는 A : B : C ＝ 10 : 70 : 20이다. 이때 성분 A에 대한 추출용매의 선택도(selectivity)는? ① 15 ② 21 ③ 27 ④ 33 2020년도 국가공무원 7급 공채 필기시험 전달현상 나 책형 2 쪽 문 10. 냉장고의 내부는 한 변이 2 m인 정육면체이며, 밑바닥은 완전히 단열되어 있다. 냉장고 내부 표면과 외부 표면의 온도는 각각 －10 °C와 35 °C이다. 정상상태에서 냉장고 외부로부터의 열 유입을 500 W 이하로 유지하기 위하여 우레탄 단열재가 사용된다면, 이 단열재의 최소 두께[mm]는? (단, 냉장고 밑바닥 외의 모든 면에 같은 두께의 단열재를 사용하며, 단열재의 열전도도는 0.03W m -1 K -1이다. 단열재와 수직인 방향으로의 열전도만 고려하며, 단열재 외의 열저항은 무시한다) ① 34 ② 44 ③ 54 ④ 64 문 11. 대기압에서 벤젠과 톨루엔의 이성분 혼합 용액이 기액평형상태에 있다. 액체상에서 벤젠의 몰분율이 0.5이고 증기상에서 톨루엔의 몰분율이 0.2일 때, 톨루엔에 대한 벤젠의 상대휘발도(relative volatility)는? ① 2 ② 4 ③ 6 ④ 8 문 12. McCabe-Thiele 방법을 이용하여 증류탑을 설계하고자 한다. 원료 공급선에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 공급원료가 포화액체인 경우 원료 공급선은 기상 축()과 평행하다. ② 원료 공급선을 얻기 위해서는 일정몰 넘침(constant molal overflow)이라는 가정이 필요하다. ③ 공급원료가 비점보다 낮은 온도의 액체인 경우, 원료 공급선의 기울기는 1보다 크다. ④ 원료 공급단을 최적 공급단의 아래쪽 단으로 정할 경우, 정류부의 단수는 감소한다. 문 13. 증류탑을 설계할 때 환류비에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 최소환류비는 환류의 감소에 따른 조작선의 움직임으로 구할 수 있다. ② 전환류(total reflux)에서 증류탑의 이론단수는 최소가 된다. ③ 열교환 장치에 대한 고정비는 환류비가 증가함에 따라 감소한다. ④ 최적환류비보다 큰 환류비를 사용하면 보다 좋은 조업 유연성을 얻을 수 있다. 문 14. 그림과 같이 단면적이 같은 단열재 A, C, D와 공기층 B로 단열되어 있는 건물의 내부 벽면의 표면온도(T1)는 25 °C이고, 외부 벽면의 표면온도(T2)는 5 °C이다. 각 단열재와 공기층의 두께는 그림과 같을 때, 정상상태에서 단위면적당 열손실 속도[W m -2]는? (단, 단열재 A, C, D의 열전도도[W m -1 K -1]는 각각 0.7, 0.1, 0.06이고, 공기층의 열전달계수는 5 W m -2 K -1이다) ① 2 ② 4 ③ 6 ④ 8 문 15. 판형 흡수탑을 이용한 기체 흡수공정에서 공급액체(용매)의 유량을 증가시킬 때 발생하는 현상으로 옳지 않은 것은? (단, 도입되는 혼합기체의 유량과 조성, 배출되는 기체의 조성 및 도입되는 액체의 조성은 고정되어 있다) ① 흡수탑 내의 압력강하 증가 ② McCabe-Thiele 선도에서 조작선의 기울기 증가 ③ 기액평형 곡선의 기울기 증가 ④ 배출되는 용액 내 흡수되어 있는 용질의 농도 감소 문 16. 물에 산소를 공급하는 서로 다른 기포 발생기 A와 B가 있다. 두 발생기 모두 순수 산소 또는 공기를 이용하며, 발생기 A는 발생기 B보다 더 큰 기포를 발생시킨다. 상온의 물이 담긴 두 수조에서 발생기 A와 발생기 B를 사용하여 시간당 같은 질량의 기포를 각각 발생시킬 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것은? ① 발생기 A를 사용한 물의 용존 산소 농도는 발생기 B보다 더 느리게 증가한다. ② 발생기 A와 발생기 B에서 각각 발생한 기포들의 부피 감소 속도는 같다. ③ 산소의 용해도(solubility)는 발생기 B를 이용한 경우가 발생기 A를 이용한 경우보다 더 높다. ④ 공급하는 기체의 종류에 관계없이 물의 용존 산소 농도 증가 속도는 같다. 2020년도 국가공무원 7급 공채 필기시험 전달현상 나 책형 3 쪽 문 17. 1 atm의 순수한 기체 B가 고체 표면 위를 흐르고 있다. 이때 고체 표면에 있는 순수한 액체 A가 증발한다. 액체 A의 증기압이 0.1atm이고 기체 경막에서의 물질전달 계수가 0.5gmol cm-2 h -1 atm-1일 때, 액체 A의 단위면적당 증발속도[gmol cm-2 h -1]는? (단, 고체 표면 위로 흐르는 기체 B의 양은 증발하는 A의 양에 비해 매우 크고, 증발 과정에서 온도는 일정하다) ① 0.05 ② 0.1 ③ 0.2 ④ 0.5 문 18. 폭과 너비가 모두 50 cm이고 두께가 2 cm인 탄소강 소재의 판이 있다. 공기가 판의 위 표면을 따라 흐르는데, 이때 공기의 온도는 20 °C로 유지되고 있으며 대류열전달계수는 40 W m -2 K －1이다. 공기와 접하는 판의 외부 표면온도는 250 °C로 일정하게 유지되고 있다. 판에서의 복사에 의한 열손실이 700 W일 때, 정상상태에서 판의 내부 표면온도[°C]는? (단, 판의 열전도도는 30 W m -1 K -1 이고, 판 윗면 이외의 열손실은 없다) ① 253 ② 258 ③ 263 ④ 268 문 19. 그림과 같이 비정상상태로 고체 물질을 통해  방향으로만 열( )이 흐를 때, 열전달 방정식으로 옳은 것은? (단, 는 열확산 계수(thermal diffusivity), 는 온도, 는 시간이고, 고체 물질의 밀도, 열전도도 및 열용량은 일정하다) ①         ②        ③          ④         문 20. 알루미늄 평판 사이에 얇은 공기층이 형성되어 있다. 정상상태에서 이 공기층의 열저항이 알루미늄 판의 열저항과 같다고 할 때, 이 판의 두께[cm]는? (단, 알루미늄 판의 열전도도는 250W m -1 K -1이고, 공기층의 열전달계수는 10,000 W m -2 K -1이다) ① 0.025 ② 0.5 ③ 2.5 ④ 5