2021년 2회 가스기사 기출문제 해설 - 16번,17번,18번,19번,20번

16. 어떤 유체의 운동문제에 8개의 변수가 관계되고 있다. 이 8개의 변수에 포함되는 기본 차원이 질량 M, 길이 L, 시간 T일 때 π정리로서 차원해석을 한다면 몇 개의 독립적인 무차원량 π를 얻을 수 있는가?

 

1) 3개

2) 5개

3) 8개

4) 11개

 

답: 2

 

변수 개수 - 기본차원 개수 = 8 - 3 = 5

 

17. 그림은 회전수가 일정할 경우의 펌프의 특성곡선이다. 효율곡선에 해당하는 것은?

1) A

2) B

3) C

4) D

 

답: 3

 

펌프의 유량을 0부터 증가시킨다고 가정할 때, 펌프의 효율은 정격유량에서 최대가 된다.

 

정격유량 이후로는 펌프의 효율이 낮아진다.

 

그러므로 펌프의 효율 곡선을 나타내는 것은 C 이다.

 

18. 그림과 같이 비중이 0.85인 기름과 물이 층을 이루며 뚜껑이 열린 용기에 채워져 있다. 물의 가장 낮은 밑바닥에서 받는 게이지 압력은 얼마인가? (단, 물의 밀도는 1000$kg/m^3$ 이다.)

1) 3.33kPa

2) 7.45kPa

3) 10.8kPa

4) 12.2kPa

 

답: 4

 

$P = P_0(대기압) + \rho gh$ 공식을 사용하면 쉽게 풀 수 있다. 

 

기름의 압력: 0.85 × 1000$kg/m^3$ × 0.4m × 9.81$m/s^2$ = 3335.4Pa = 3.335kPa

물의 압력: 1000$kg/m^3$ × 0.9m × $9.81m/s^2$ = 8829Pa = 8.829kPa

 

문제에서는 게이지압력을 묻고 있으므로 대기압을 더해주지 않아도 된다.

 

P = 8.829kPa + 3.335kPa = 12.179kPa

 

19. 압력이 100 kPa 이고 온도가 30℃인 질소(R = 0.26 kJ/kg·K)의 밀도($kg/m^3$)는?

 

1) 1.02

2) 1.27

3) 1.42

4) 1.64

 

답: 2

 

이상기체 상태방정식을 사용하는 문제이다.

 

$PM = \rho RT$

 

$\rho = \frac{PM}{RT}$

 

P = 100kPa

T = (30+273.15)K

M = 28kg/kmol

R = 0.26 kJ/kg·K

 

기체상수의 단위가 kJ/kg·K 이므로 M(분자량)은 무시해도 된다. (만약 단위가 kJ/kmol·K 이었더라면 분자량도 곱해주어야 함.)

 

대입해서 계산하면

 

$\rho = 1.269kg/m^3$

 

20. 온도 20℃의 이상기체가 수평으로 놓인 관 내부를 흐르고 있다. 유동 중에 놓인 작은 물체의 코에서의 정체온도(stagnation temperature)가 Ts = 40℃ 이면 관에서의 기체의 속도(m/s)는?

(단, 기체의 정압비열 $C_p$ = 1040 J/(kg·K)이고, 등엔트로피 유동이라고 가정한다.)

 

1) 204

2) 217

3) 237

4) 253

 

답: 1

 

어려워 보이는 문제같지만 공식 하나면 쉽게 풀리는 문제이다. 

 

$$\frac{1}{2}V^2 = C_p\cdot \Delta T$$

 

$\Delta T$ = (40 - 20)℃(K)

$C_p$ = 1040J/(kg·K)

 

여기서 V를 구하면 되므로 Solve 기능을 활용해 풀면

 

V = 203.96m/s

 

이런 문제는 이해하려하기보다는 풀이방법을 외워가는 게 좋다. 실기에는 이런 문제가 출제되지 않고 필기에도 1문제 나올까 말까이다.