2023 국가직 7급 전달현상 문제 정답 (2차) - 2023.9.24.

 

국가 7급 2차 전달현상-가정답(2023-09-24 / 1.35MB / 128회)

 

국가 7급 2차 전달현상-가정답(2023-09-24 / 540.6KB / 125회)

 

 2023년도 국가공무원 7급 공채 제2차 필기시험 전달현상 책형 1쪽 전달현상 1. 동점도가 0.01 cm2 s -1로 일정한 비압축성 유체가 반지름이 10 cm인 관의 입구로 1 cm s -1의 평균 속도로 들어간다. 관의 출구 반지름이 5 cm일 때, 출구에서 유체의 Reynolds 수(Re)는? (단, 정상상태이고, 어떠한 손실도 없다) ① 1,000 ② 2,000 ③ 4,000 ④ 6,000 2. 자연 대류의 설명으로 옳지 않은 것은? ① 농도 불균형으로 발생할 수 있다. ② 온도 구배에 의해 발생할 수 있다. ③ 속도분포와 온도분포는 서로 영향을 주지 않는다. ④ 유체의 부력효과 때문에 일어나는 자연적인 순환이다. 3. 비압축성 Newton 유체를 수평으로 놓인 평행한 두 평판 사이에 놓고, 아래 평판을 고정시킨 상태에서 위 평판을 10 m s -1로 이동시키면서 힘을 측정하였다. 두 평판 사이의 거리는 1 mm, 위 평판과 유체의 접촉 면적은 100 cm2 , 정상상태에서 위 평판에 가해지는 수평 방향의 힘은 100 N일 때, 유체의 점도는? ① 10 kg m -1 s -1 ② 10 Paㆍs ③ 10 cP ④ 10 P 4. U자관에 물과 비중이 0.8인 기름 기둥이 있다. 높이 [cm]는? (단, 중력 가속도의 크기는 이다) ① 25 ② 30 ③ 35 ④ 40 5. 서로 다른 기체 A, B를 분리막을 이용해 분리하고자 한다. 기체 A의 기체 B에 대한 용해도계수 비(B A )는 2이고, 확산계수 비(B A )는 0.1일 때, 기체 A의 기체 B에 대한 막 선택도 (B A )값은? ① 20 ② 2 ③ 0.2 ④ 0.02 6. 온도가 A와 B로 일정한 평행한 두 회색체 표면 A와 B가 서로 마주 보고 있다. 각 표면은 무한히 넓고, 복사에너지 플럭스는 1.0 kW m -2이다. (A  － B  ) ＝ 6.5 kW m -2이고 B의 방사율이 0.2일 때, A의 방사율은? (단, 는 Stefan-Boltzmann 상수이고, 표면 의 방사율()과 흡수율()은  ＝ 이다) ① 0.8 ② 0.4 ③ 0.2 ④ 0.1 7. 360 K에서 점도가 1.0 cP인 용매에 구형 물질 A가 무한희석 되어 있다. Stokes-Einstein 방정식이 적용되고 A의 확산계수가 360 K에서 2.0 × 10-7 cm2 s -1일 때, A의 직경[nm]은? (단, 원주율  ＝ 3이고, Boltzmann 상수는 1.4 × 10-23 J K -1이다) ① 56 ② 28 ③ 14 ④ 7 8. 기체 A, B 저장고를 연결하는 직선 튜브에서 등온, 등압, 정상상태로 등몰상호확산(equimolar counter-diffusion)하고 있다. 시간이 흐른 후, 지점 1에서 기체 A의 부분압이 45 kPa이고, 지점 2에서는 부분압이 15 kPa일 때, 지점 X에서 기체 A의 부분압[kPa]은? (단, 모든 기체는 반응하지 않는 이상기체이고, 수평 방향으로만 확산한다) ① 20 ② 25 ③ 30 ④ 35 2023년도 국가공무원 7급 공채 제2차 필기시험 전달현상 책형 2쪽 9. 정지해 있는 비압축성 Newton 유체 내에서 중력에 의해 떨어지기 시작한 고체 구가 Stokes 영역에서 종단 속도에 도달하였다. 정상 상태에서 열이 고체 구 표면으로부터 유체로 전달될 때, 열전달의 Nusselt 수(Nu)와 열전달의 Peclet 수(Pe)는 다음의 관계로 표현된다. Nu∝Pe  대류열전달계수가 고체 구의 지름과 무관해지기 위한 지수 의 값은? ①   ②   ③ 1 ④ 2 10. 낮은 밀도에서 단원자 이상기체의 열전도도에 선형비례하는 것만을 모두 고르면? ㄱ. 분자질량 ㄴ. 절대온도 ㄷ. 밀도 ㄹ. 평균 분자속도 ① ㄱ, ㄴ ② ㄴ, ㄷ ③ ㄴ, ㄹ ④ ㄷ, ㄹ 11. 1,000 A의 전류()가 지름이 10 mm이고 단위 길이당 전기저항()이 9 × 10-5 Ω m -1인 도선을 통해 흐른다. 공간의 온도는 20 °C이고 대류열전달계수는 50 W m -2 K -1이다. 아래 조건을 가정할 때, 도선의 표면온도[°C]는? (단, 단위 길이당 열생성속도   로 계산하고, 1 W m -1 ＝ 1 A 2 Ω m -1이며, 원주율  ＝ 3이다) ○ 피복이 없는 무한히 긴 원통형 금속 도선이다. ○ 도선은 공중에서 연결되고, 어떠한 물체의 접촉도 없다. ○ 생성되는 열이 모두 도선 표면으로 방출된다. ○ 열전달은 정상상태이고, 복사열전달은 무시한다. ① 60 ② 70 ③ 80 ④ 90 12. 이상기체의 확산에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 분자 확산은 압력 구배에 의해 일어날 수 있다. ② 확산계수는 혼합물의 구성성분에 독립적이다. ③ 높은 농도에서 2성분계 혼합물의 확산은 Fick의 제1법칙을 따른다. ④ 등온, 등압에서 2성분계 혼합물의 확산 거동은 하나의 확산계수로 설명할 수 있다. 13. 열 전도의 원리가 아닌 것은? ① 열확산 ② 격자 진동 ③ 자유 전자 유동 ④ 분자의 불규칙 운동 14. 비－Newton 유체(non-Newtonian fluid)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 딜러턴트(dilatant) 유체: 전단률(shear rate)이 증가하면 겉보기 점도(apparent viscosity)가 증가한다. ② 유사소성(pseudo-plastic) 유체: 전단률이 증가하면 겉보기 점도가 감소한다. ③ 레오펙틱(rheopectic) 유체: 일정한 전단응력(shear stress)하에서 시간이 변함에 따라 겉보기 점도가 증가한다. ④ 빙햄(Bingham) 유체: 항복응력(yield stress) 미만의 조건에서 흐른다. 15. 원통형 관 내부에 유체가 흐르고 온도는 a로 일정하게 유지된다. 관의 내부반지름이 a, 외부반지름이 b이다. 원통형관 내부에서 외부로 정상상태의 전도열전달이 발생한다. 빗금 친 영역에서의 거리와 온도가 각각 , 일 때, a － 에 비례하는 것은? (단, a    b 와   a이고, 전 영역에서 유체의 온도와 열유량의 크기는 일정하다) ①  a ②  a  ③ lna ④ ln a 16. 용질 A는 어떤 평판 표면에서만 분해된다. A의 벌크농도(bulk concentration)는 1.0 g L -1 , 물질전달계수는 0.20 cm s -1 , 분해속도의 크기는 0.076 mg cm-2 s -1일 때, 평판 표면에서 A의 농도[mg cm-3]는? (단, 평판은 무한히 넓고, 분해는 표면 전체에서 균일하게 일어난다) ① 0.62 ② 0.38 ③ 0.24 ④ 0.19 2023년도 국가공무원 7급 공채 제2차 필기시험 전달현상 책형 3쪽 17. 그림에서 콘크리트와 마감재의 열전도도는 각각 1.0 W m -1 K -1와 0.5 W m -1 K -1이고, 내부에서 외부로 손실되는 열유속의 크기는 100 Wm -2 , 외부와 내부 공기의 대류열전달계수는 100 Wm -2 K -1이다. 외부 공기가 0 °C, 내부 공기가 26 °C로 일정하게 유지될 때, 단열재의 열전도도[W m -1 K -1]는? (단, 모든 벽의 깊이와 높이는 같고, 정상 상태에서 두께 방향으로의 열전달만 고려한다) ① 0.08 ② 0.09 ③ 0.10 ④ 0.11 18. 점도가 0.001Paㆍs, 밀도가 1,000 kg m -3인 비압축성 Newton 유체가 수평으로 놓인 길이 1 m, 내부 지름 1 cm의 매끈한 원통형 도관 내부를 평균유속 10 cm s -1로 흐르고 있을 때, 도관의 Fanning 마찰계수(Fanning friction factor)와 압력강하(∆ )[Pa]는? (단, 도관의 내부 벽면은 모두 젖어있다. 또한 흐름은 등온, 정상상태의 완전발달 흐름이다) Fanning 마찰계수 압력강하 ① 0.016 3,200 ② 0.016 32 ③ 0.0016 3,200 ④ 0.0016 32 19. 어떤 현상의 독립 변수가 유체의 밀도, 압력, 부피 유량, 그리고 관의 지름과 길이만일 때, 이 현상을 좌우하는 독립적인 무차원 군의 개수는? ① 1 ② 2 ③ 3 ④ 4 20. A, B로 나뉘는 원통형 수평 유로를 비압축성 Newton 유체가 왼쪽에서 오른쪽으로 등온, 완전발달, 정상상태, 층류로 흐르고 있다. A와 B 유로의 압력강하를 서로 동일하게 유지하면서, A의 부피 유량(A)과 B의 부피 유량(B)의 비를 A : B ＝ 1 : 16으로 달성할 수 있는 지름비(A : B)는? (단, 각 부분의 길이는 로 동일하며, 유로가 나뉜 부분에서 발생하는 마찰손실은 무시한다) ① 1 : 2 ② 1 : 4 ③ 1 : 8 ④ 1 : 16 21. 그림과 같이 지면의 수직면에 의 각도로 경사진 무한 평판 위에 액체가 흐르고 있다. 액체는 비압축성 Newton 유체로 흐름은 등온, 정상상태, 완전발달, 단일방향의 층류이다. 유체의 최대 속도가 max일 때, 경막 두께()는? (단, 기－액 계면에서의 전단응력은 0으로 가정하고, 중력가속도의 크기는 , 액체의 밀도는 , 액체의 점도는 0이 아닌 이다) ①  cos max    ②  cos max    ③    cos max    ④  cos max    2023년도 국가공무원 7급 공채 제2차 필기시험 전달현상 책형 4쪽 22. 피스톤 장치에 1 N의 힘을 가해 수평의 원통형 관으로부터  ＝0의 출구로 유체를 배출시키고자 한다. 관의 지름과 길이는 각각 2.0 cm, 1.0 m이고, 유체는 1,000 kg m -3의 밀도와 10 Paㆍs의 점도를 가지는 비압축성 Newton 유체이다. Poiseuille 법칙과 다음의 관계를 가정할 때, 유체의 절반을 배출하기 위한 소요시간[s]은? (단, 원주율   이다. 관과 피스톤 사이에 유체의 누출은 없고, 외부 압력은 일정하다. 피스톤과 벽면 마찰은 무시한다)   ＝    ,  ＝ 0일 때  ＝ 1.0 m 는 유체의 부피 유량, 는 관의 단면적, 는 피스톤의 위치 ① 90 ② 120 ③ 180 ④ 270 23. 45 mol%의 벤젠과 55 mol%의 톨루엔으로 구성된 포화증기를 80 mol%의 벤젠이 함유된 탑상 제품과 90 mol%의 톨루엔이 들어 있는 탑저 제품으로 분리할 정류탑을 설계하려고 한다. 환류비가 3일 때, McCabe-Thiele 선도에서 정류부 조작선과 원료 공급선 교점에서의 액체 벤젠의 몰분율은? ①   ②   ③   ④   24. 두께가  인 투과막 내부에서 2A ＋ 3B → C의 반응이 진행되어 농도 구배가 형성되었다. A와 B의 확산계수가 A와  B로 일정할 때, 정상상태에서 A의 농도(A), B의 농도(B), R에 대해 다음이 성립한다. A A   R  B B  R R  R  AA BB  확산만을 고려할 때, , , 를 바르게 연결한 것은? (단, A ≠ 0, B ≠ 0, C의 농도는 반응과 물질 전달에 영향을 미치지 않는다)    ① 3 2 3AA ② 2 3 2AA ③ 3 2 2BB ④ 2 3 3BB 25. 금속 구 주변의 유체에 다음의 에너지 방정식을 적용할 때, 유체에서의 열전달로 옳은 설명은?              sin            ≠  (, , )는 구형좌표임 ① 점성소산이 일어난다. ② 발열반응이 일어난다. ③ 대류에 의한 열전달이 발생한다. ④ 분자간 상호작용으로 열이 전달된다.