5급 공채 2차

2023년 5급 공채 기술 2차 화공열역학

문제 3개 · 100점. 참고 답안·채점 기준은 앱에서 볼 수 있습니다.

제1문 (30점)

외부 온도가 46.85°C일 때, 주택 내부 온도를 26.85°C로 냉방하기 위하여 0.25kW로 구동되는 카르노 냉동기를 사용한다. 다음 물음에 답하시오. (단, 절대온도＝섭씨온도＋273.15이고, S \,는 주택 내부의 엔트로피, S_{{\mathrm{surr}}}은 외부의 엔트로피이다) (총 30점)
  1. (1) 24시간 동안 주택에서 방출되는 열[kJ]을 구하시오. (10점)
  2. (2) 24시간 동안의 | triangleS \, \, |[kJㆍK-1]를 구하시오. (10점)
  3. (3) 24시간 동안의 | triangleS_{{\mathrm{surr}}} \, \, |[kJㆍK-1]를 구하시오. (10점)

제2문 (30점)

나프탈렌(1)과 n－헥산(2)으로 구성된 이성분 용액의 과잉깁스에너지모델은 다음과 같다. (단, R＝8.31JㆍK-1ㆍmol-1, G^{{E}}:과잉깁스에너지, T \,[K]:절대온도, x_{{i}}:성분 i의 몰분율, A_{{ij}}:파라미터, \gamma_{{i}}^{{\infty}}:성분 i의 무한희석 상태에서의 활동도 계수)
\frac{{G^{{E}}}}{{x_{{1}} x_{{2}} RT}} = \left( A_{{21}} x_{{1}} + A_{{12}} x_{{2}} \right), \ln \gamma_{{1}}^{{\infty}} = 0.96, \ln \gamma_{{2}}^{{\infty}} = 1.15

다음 물음에 답하시오. (총 30점)
  1. (1) 성분 1의 활동도 계수를 구하는 다음의 식을 유도하시오. (10점)
    \ln \gamma_{{1}} = x_{{2}}^{{2}} \left[ A_{{12}} + 2 \left( A_{{21}} - A_{{12}} \right) x_{{1}} \right]
  2. (2) 380K의 기포점에서 x_{{1}}＝0.222일 때, 계의 압력[mmHg]을 구하시오. (단, 380K에서 나프탈렌과 n－헥산의 증기압은 각각 24.9mmHg, 2,203.4mmHg이고, A_{{12}}와 A_{{21}}은 온도에 무관한 매개변수이며, 기상은 이상기체이다) (20점)

제3문 (40점)

아래 표는 물에 대한 물성 표이다. 보일러와 터빈에서의 흐름이 정상상태일 때, 다음 물음에 답하시오. (총 40점)
H
(kJㆍkg-1)		S
(kJㆍkg-1ㆍK-1)		V
(m3ㆍkg-1)
0.5MPa, 155°C 포화액체6401.860.001
0.5MPa, 400°C 과열증기3,2707.700.6
0.1MPa, 100°C 과열증기2,6757.301.7
0.1MPa, 200°C 과열증기2,8757.802.2
  1. (1) 단일 입ㆍ출구로 구성된 보일러가 있다. 포화액체 상태의 물이 0.5MPa, 155°C에서 3kgㆍs-1의 유량으로 직경 0.02m인 단일 수평관으로 유입되며, 0.5MPa, 400°C에서 과열증기가 직경 0.2m인 단일 수평관을 통해 배출될 때, 보일러에 공급해야 하는 열[kJㆍs-1]을 구하시오. (단, \pi＝3으로 계산하고, 축일과 위치에너지는 무시한다) (20점)
  2. (2) 1)의 보일러로부터 배출된 과열증기가 가역 단열 터빈으로 이동한다. 터빈 통과 후 과열증기의 압력이 0.1MPa일 때, 터빈으로부터 얻을 수 있는 최대 일률[kW]을 구하시오. (단, 터빈의 입ㆍ출구에서 유속[mㆍs-1]은 동일하다) (20점)