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소방설비기사(기계)

2017년 03월 05일 기출문제

30. 지름이 5cm인 원형 관 내에 어떤 이상기체가 흐르고 있다. 다음 보기 중 이 기체의 흐름이 층류이면서 가장 빠른 속도는? (단, 이 기체의 절대압력은 200kPa, 온도는 27℃, 기체상수는 2080J/(kg·K), 점성계수는 2×10^-5Nㆍs/m^2, 층류에서 하임계 레이놀즈 값은 2200으로 한다.)

4.gif

*해설

<문제 해설>
층류 평균속도는 최대속도의 0.5배, (난류 평균속도는 최대속도의 0.8배)
최대속도를 구함에 있어 레이놀즈값이 나왔으므로 Re = V * D / 동점도(뮤) 로 속도를 구함
V(평균속도) = (Re * 뮤) / D
하지만, 동점도가 없으므로 뮤 = (점성계수 / 밀도) 공식으로 구해야 하는데
밀도도 주어지지 않아 밀도 = P/RT 공식 활용 = 압력 / (기체상수 * 절대온도) = 200 / (2.08 * 273+27) = 0.32
다시 V = (Re * 점성계수 ) / (D * 밀도) = (2200 * 2*10-5) / (0.05 * 0.32) = 2.75m/s
층류 평균속도(2.75)는 최대속도의 0.5배 므로 최대속도는 5.5 임
(보기에 잘못적었음 1.5가 아니라 5.5가 되어야 함)

아래와 같은 오류 신고가 있었습니다.
여러분들의 많은 의견 부탁 드립니다.
추후 여러분들의 의견을 반영하여 정답을 수정하도록 하겠습니다.
참고로 정답 변경은 오류 신고 5회 이상일 경우 수정합니다.

[오류 신고 내용]

동점도는 그리스 문자'뮤'가 아니고 '뉴'입니다.뮤는 점성계수(점도)의 단위입니다.

[오류신고 반론]
속도는 대체로 Q = AV에 맞는 유량의 평균속도를 구하는 문제를 냅니다
Re = [kg/m^3](밀도)*[m/s](속도)*[m](직경)÷μ[kg/m*s](점성계수)
Re = [m](직경)*[m/s](유속)÷ν[m^2/s](동점성계수)
문제의도는 층류이면서 가장 큰 평균속도를 의미하므로 답이 잘못된 것은 아닙니다
만약 관내 완전발달 유동에서 관 단면의 최대속도를 구하라는 의도였다면
배관내 유동에 대한 구배에 관한 보기가 제시되었을 것입니다

[오류신고 반론]
문제에서 다음 보기 중 이 기체의 흐름이 층류이면서 가장 빠른 속도 를 물었습니다.

보기 ㉠ 0.3[m/s]의 속도 조건에서는 Re가 240
보기 ㉡ 1.5[m/s]의 속도 조건에서는 Re가 1202
보기 ㉢ 8.3[m/s]의 속도 조건에서는 Re가 6651
보기 ㉣ 15.5[m/s]의 속도 조건에서는 Re가 12420
이 나오니
Re = 2200을 넘지 않는 즉 조건을 만족시키는 속도는 보기 ㉡ 1.5[m/s]으로 정답이 2번이 맞습니다.
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