2021년 2회 가스기사 기출문제 해설 - 11번,12번,13번,14번,15번

11. 수직 충격파가 발생될 때 나타나는 현상은?

 

1) 압력, 마하수, 엔트로피가 증가한다.

2) 압력은 증가하고, 엔트로피와 마하수는 감소한다.

3) 압력과 엔트로피가 증가하고 마하수는 감소한다.

4) 압력과 마하수는 증가하고 엔트로피는 감소한다.

 

답: 3

 

수직 충격파는 유체의 속도가 음속이상(초음속)인 상태에서 음속이하(아음속)로 속도가 갑자기 줄어들면서 발생하는 현상이다. 

 

압력과 엔트로피는 증가하고 마하수는 감소한다.

 

12. 구가 유체 속을 자유낙하 할 때 받는 항력 F가 점성계수 μ, 지름 D, 속도 V의 함수로 주어진다. 이 물리량들 사이의 관계식을 무차원으로 나타내고자 할 때 차원해석에 의하면 몇 개의 무차원수로 나타낼 수 있는가?

 

1) 1

2) 2

3) 3

4) 4

 

답: 1

 

항력의 단위는 N이다.

 

여기서 점성계수(kg/m·s), 지름(m), 속도(m/s)를 모두 곱하면 N이 나온다. 

 

즉, 항력 ÷ (점성계수 × 지름 × 속도) = 무차원수 

 

1개의 새로운 무차원수를 만들 수 있다. 

 

다른 조합으로는 무차원수를 만들 수 없다.

 

13. 단면적이 변하는 관로를 비압축성 유체가 흐르고 있다. 지름이 15cm인 단면에서의 평균속도가 4m/s 이면 지름이 20cm 인 단면에서의 평균속도는 몇 m/s 인가?

 

1) 1.05

2) 1.25

3) 2.05

4) 2.25

답: 4

 

비압축성 유체는 쉽게 기체라고 생각하면 된다.

 

특정 관로를 흐르는 유체의 경우 관의 직경에 따라 유속은 달라질 수 있으나 유량은 동일하다.

 

유량이 동일하다는 것을 이용하면 유속을 구할 수 있다.

 

$Q_1 = \frac{\pi }{4}(0.15m)^2\cdot 4m/s = 0.0707m^3/s$

$Q_2$ = $\frac{\pi }{4}(0.20m)^2\cdot x$

 

$Q_1 = Q_2$ 이므로

 

$x$ = 2.25m/s

 

 

14. 강관 속을 물이 흐를 때 넓이 $250cm^2$에 걸리는 전단력이 2N 이라면 전단응력은 몇 kg/m·s2인가?

 

1) 0.4

2) 0.8

3) 40

4) 80

 

답: 4

 

전단력 ÷ 단면적 = 전단응력

 

2N ÷ $0.025m^2$ = $80N/m^2$ = $80kg/m\cdot s^2$

 

 

15. 전양정 15m, 송출량 $0.02m^3/s$, 효율 85%인 펌프로 물을 수송할 때 축동력은 몇 마력인가?

 

1) 2.8PS

2) 3.5PS

3) 4.7PS

4) 5.4PS

 

답: 3

 

축동력(L) = 유량(Q) × 전양정(H) ÷ 효율($\eta $)

 

필자는 축동력, 수동력, 모터동력 계산시 유량은 $m^3/s$로, 양정은 Pa로 바꿔서 계산한다. 

동력 단위가 W일때 공식, HP일때 공식, PS일때 공식을 외우기 보다는 동력을 W로 계산한다음 HP, PS로 변환한다.

 

압력단위환산 문제 푸는 법

축동력 = $\frac{15m H_2O}{10.332H_2O}\cdot 101325Pa $ × $0.02m^3/s$ ÷ 0.85 = 3461.26W

 

문제에서는 PS 단위로 물어보고 있으므로 1PS = 736W

 

3461.26W ÷ 736W/PS = 4.703PS