5급 공채 2차

2026년 5급 공채 기술 2차 전달현상

문제 4개 · 100점. 참고 답안·채점 기준은 앱에서 볼 수 있습니다.

제1문 (30점)

그림과 같이 지표면과 수평한 중심축 대칭의 원형관 내부를 가득 채운 비압축성 뉴튼 유체가 난류상태로 정상상태에서 흐르고 있다.
[그림]
관벽이 유체에 가하는 마찰력(F_{k})은 다음과 같이 표시된다.
F_{{k}} = AKf
A:유체와 관벽의 접촉면적R \,:원형관 안쪽 반지름\rho:유체 밀도
K \,:유체의 단위부피당 운동에너지L:원형관 길이\mu:유체 점도
f:마찰계수(friction factor)

원형관 입구와 출구 사이의 압력강하를 DeltaP, 평균속도를 <v>, 질량유량을 w라 할 때, 다음 물음에 답하시오. (총 30점)
  1. (1) 마찰계수(f)를 압력강하(DeltaP \,)가 포함된 식으로 나타내시오. (단, 압력강하는 마찰에 의해서만 발생한다) (10점)
  2. (2) DeltaP \, = 0.198 \left( \frac{{2}}{{\pi}} \right)^{{\frac{{7}}{{4}}}} \left( \frac{{\mu^{{1 / 4}} L}}{{\rho R^{{19 / 4}}}} \right) w^{{\frac{{7}}{{4}}}}일 때, f를 Reynolds 수(Re)의 함수로 구하는 과정을 서술하시오. (20점)

제2문 (30점)

그림과 같이 단면이 삼각형인 무한히 긴 덕트의 각 변 길이가 각각 L_{1}, L_{2}, L_{3}이다. 세 면에서 복사에 의한 열전달만이 발생할 때, 다음 물음에 답하시오. (총 30점)
[그림]
  1. (1) 복사 열전달에서 기하학적인 배치를 고려하기 위해 사용되는 형태계수(또는 보기인자, view factor) F_{ij}의 의미를 간략히 기술하시오. (5점)
  2. (2) 위 그림의 형태계수 F_{12}, F_{13}, F_{23}를 L_{1}, L_{2}, L_{3}의 식으로 나타내시오. 또한, 평판이 다음과 같은 조건을 가질 때, 평판 1로부터 방출되는 단위길이당 순열전달속도[kW/m]를 구하시오. (25점)
    ○평판 1과 평판 2는 1,200K와 360K의 온도를 가지는 흑체이다.
    ○평판 3은 온도가 0K인 완전 흡수체이다.
    ○L_{1}＝L_{2}＝4m, L_{3}＝6.4m
    ○Stefan-Boltzmann 상수 \sigma＝5.676×10-8W/(m2ㆍK4)

제3문 (20점)

그림과 같이 주변의 강으로부터 농장의 스프링클러에 물을 공급하기 위한 탱크에 물을 채우고 있다. 강물의 수위(H \,)는 탱크의 바닥보다 2m 높고, 강과 탱크를 연결하는 관은 탱크의 바닥으로부터 0.8m 높이(L \,)에 설치되어 있다. 관의 내부 단면적은 0.05m2으로 일정하고, 탱크의 단면적은 1,000m2으로 일정하다. (단, 강의 수위는 일정하게 유지되며, 마찰손실은 무시한다. 중력가속도는 9.8m/s2이고, h는 탱크의 수위이다) (총 20점)
[그림]
  1. (1) 비어있는 탱크에 물을 연결관의 높이(L)까지 채우는데 필요한 시간을 구하시오. (10점)
  2. (2) 연결관의 높이(L)부터 탱크의 물을 강물의 수위(H \,)까지 채우는데 걸리는 시간을 구하시오. (10점)

제4문 (20점)

그림과 같이 구형의 젤(gel) 캡슐 약물전달 시스템 내부에 약물 A가 채워져 있다. 캡슐의 외벽은 물질 B로 이루어져 있으며, A가 B를 통해 확산되어 외부로 전달된다. 이때 B에서 A의 확산계수 D_{{\mathrm{AB}}}는 3×10-5cm2/s이고, B에 녹을 수 있는 A의 최대 포화 농도 C_{{\mathrm{A}}}^{{*}}는 0.02mol/cm3이다. (단, 캡슐 내부에는 충분한 양의 A가 존재하고, 이때 캡슐 내부 A의 농도는 항상 C_{{\mathrm{A}}}^{{*}}보다 높으며, 캡슐 외벽에서는 확산 물질전달만이 유효한 것으로 가정한다) (총 20점)
[그림]
  1. (1) 캡슐 외벽에서의 총 약물전달 속도(W_{{\mathrm{A}}}, mol/s)를 Fick의 확산법칙을 활용한 식으로 표현하시오. (단, 약물 A는 r방향으로만 확산하며, 정상상태로 가정한다) (10점)
  2. (2) 캡슐 외벽의 바깥쪽 반지름 r_{{o}}는 0.4cm이고 안쪽 반지름 r_{{i}}는 0.2cm일 때, W_{{\mathrm{A}}}가 최대가 되기 위한 경계조건을 제시하시오. (5점)
  3. (3) 2) 조건에서 W_{{\mathrm{A}}}의 최댓값 W_{{\mathrm{A} , \, \max}}[mol/s]를 구하시오. (5점)
    끝