2020년 국가직 7급 공개경쟁채용 전달현상 나책형 기출문제

2020년 국가직 7급 공개경쟁채용 전달현상 나책형 20문항 중 16문항의 발문과 선지입니다. 시험 시간은 20분입니다. 나머지 4문항은 그림이나 지문이 있어 앱에서 볼 수 있습니다. 정답·해설은 앱에서 볼 수 있습니다.

출처: 국가공무원 채용시스템(인사혁신처)

1. 1번
   내경이 1cm인 원형 수평관을 통해 물이 층류(laminar flow)로 흐른다. 이 관 중심에서의 유속이 0.2m s^-1일 때, 레이놀즈 수는? (단, 물의 흐름은 정상상태의 완전발달된 흐름이며, 물의 밀도와 점도는 각각 1g cm^-3와 1cP이다)
   1. ①100
   2. ②200
   3. ③1,000
   4. ④2,000
2. 2번
   Hagen-Poiseuille 식이 적용되는 유체의 흐름에서 관의 반지름이 2배로 커질 때, 부피유량은? (단, 관의 길이, 압력차, 점도는 일정하다)
   1. ①절반으로 줄어든다.
   2. ②그대로 일정하다.
   3. ③4배가 된다.
   4. ④16배가 된다.
3. 3번
   직경이 각각 0.5mm와 1mm인 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. ①2
   2. ②4
   3. ③8
   4. ④16
4. 4번
   금속 실린더에서 실린더 1m³당 1,000W의 열에너지가 발생하고 있다. 이 실린더 외부 표면에서의 열플럭스(heat flux)가 1W 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. ①1
   2. ②2
   3. ③10
   4. ④20
5. 5번
   평판 위에서 형성되는 유체의 경계층(boundary layer)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
   1. ①경계층 이론은 레이놀즈 수가 증가함에 따라 전단응력의 영향을 받는 영역이 감소한다는 개념에 기반한다.
   2. ②경계층의 두께는 유체의 자유흐름속도(free stream velocity)의 99%에 도달하는 거리로 정의된다.
   3. ③경계층 내부의 유체 흐름 거동은 흐름이 진행됨에 따라 층류에서 전이영역으로 변화하고 결국 난류로 바뀌게 된다.
   4. ④경계층의 국부 레이놀즈 수는 \frac{{\delta v \rho}}{{\mu}}로 정의된다. 이때 \delta는 경계층의 두께, v는 유체의 자유흐름속도, \rho는 유체의 밀도, \mu는 유체의 점도이다.
6. 6번
   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 운동에너지의 몇 배인가?
   1. ①60
   2. ②120
   3. ③600
   4. ④1,200
7. 7~8번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
8. 9번
   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. ①15
   2. ②21
   3. ③27
   4. ④33
9. 10번
   냉장고의 내부는 한 변이 2m인 정육면체이며, 밑바닥은 완전히 단열되어 있다. 냉장고 내부 표면과 외부 표면의 온도는 각각 －10°C와 35°C이다. 정상상태에서 냉장고 외부로부터의 열 유입을 500W 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. ①34
   2. ②44
   3. ③54
   4. ④64
10. 11번
    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. ①2
    2. ②4
    3. ③6
    4. ④8
11. 12번
    McCabe-Thiele 방법을 이용하여 증류탑을 설계하고자 한다. 원료 공급선에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
    1. ①공급원료가 포화액체인 경우 원료 공급선은 기상 축(y)과 평행하다.
    2. ②원료 공급선을 얻기 위해서는 일정몰 넘침(constant molal overflow)이라는 가정이 필요하다.
    3. ③공급원료가 비점보다 낮은 온도의 액체인 경우, 원료 공급선의 기울기는 1보다 크다.
    4. ④원료 공급단을 최적 공급단의 아래쪽 단으로 정할 경우, 정류부의 단수는 감소한다.
12. 13번
    증류탑을 설계할 때 환류비에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
    1. ①최소환류비는 환류의 감소에 따른 조작선의 움직임으로 구할 수 있다.
    2. ②전환류(total reflux)에서 증류탑의 이론단수는 최소가 된다.
    3. ③열교환 장치에 대한 고정비는 환류비가 증가함에 따라 감소한다.
    4. ④최적환류비보다 큰 환류비를 사용하면 보다 좋은 조업 유연성을 얻을 수 있다.
13. 14번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
14. 15번
    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. ①흡수탑 내의 압력강하 증가
    2. ②McCabe-Thiele 선도에서 조작선의 기울기 증가
    3. ③기액평형 곡선의 기울기 증가
    4. ④배출되는 용액 내 흡수되어 있는 용질의 농도 감소
15. 16번
    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. ①발생기 A를 사용한 물의 용존 산소 농도는 발생기 B보다 더 느리게 증가한다.
    2. ②발생기 A와 발생기 B에서 각각 발생한 기포들의 부피 감소 속도는 같다.
    3. ③산소의 용해도(solubility)는 발생기 B를 이용한 경우가 발생기 A를 이용한 경우보다 더 높다.
    4. ④공급하는 기체의 종류에 관계없이 물의 용존 산소 농도 증가 속도는 같다.
16. 17번
    1atm의 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. ①0.05
    2. ②0.1
    3. ③0.2
    4. ④0.5
17. 18번
    폭과 너비가 모두 50cm이고 두께가 2cm인 탄소강 소재의 판이 있다. 공기가 판의 위 표면을 따라 흐르는데, 이때 공기의 온도는 20°C로 유지되고 있으며 대류열전달계수는 40W m^-2 K^－1이다. 공기와 접하는 판의 외부 표면온도는 250°C로 일정하게 유지되고 있다. 판에서의 복사에 의한 열손실이 700W일 때, 정상상태에서 판의 내부 표면온도[°C]는? (단, 판의 열전도도는 30W m^-1 K^-1이고, 판 윗면 이외의 열손실은 없다)
    1. ①253
    2. ②258
    3. ③263
    4. ④268
18. 19번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
19. 20번
    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 10,000W m^-2 K^-1이다)
    1. ①0.025
    2. ②0.5
    3. ③2.5
    4. ④5