[항공기관기술사 제140회 2교시 1번]

2교시 1번 · 25점 · 6문제 중 4문제 선택 · 100분

가스터빈엔진에 대한 이상적인 사이클(Brayton Cycle)의 P-v 선도와 T-s 선도를 도시하고, 이에 적용되는 이상적인 상태에 대한 가정 사항 3가지를 설명하시오.

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답안 구조

  1. 개요
  2. 브레이턴 사이클의 P-v 선도 도시
  3. 브레이턴 사이클의 T-s 선도 도시
  4. 이상적인 상태에 대한 가정 사항 3가지
  5. 결론 및 실제 사이클과의 비교

용어 정의

브레이턴 사이클(Brayton Cycle)
정압 가열, 정압 방열, 등엔트로피 압축 및 팽창으로 구성된 가스터빈 엔진의 이상적인 열역학 사이클
등엔트로피 과정(Isentropic Process)
가역 단열 과정으로 열의 출입과 마찰 등 비가역적 손실이 없어 엔트로피 변화가 없는 상태 변화
공기표준가정(Air-Standard Assumptions)
실제 기관의 복잡한 사이클을 단순화하기 위해 작동 유체를 이상기체인 공기로만 가정하는 해석 조건

핵심 내용

  • 브레이턴 사이클의 4가지 주요 과정: 등엔트로피 압축, 정압 가열, 등엔트로피 팽창, 정압 방열
  • P-v 선도: 가로축 비체적, 세로축 압력 상에서 정압 수평선 및 등엔트로피 곡선 도시
  • T-s 선도: 가로축 엔트로피, 세로축 온도 상에서 등엔트로피 수직선 및 정압 곡선 도시
  • 이상적 가정 1: 작동 유체는 닫힌 루프를 순환하는 이상기체(공기)이며 비열은 일정함
  • 이상적 가정 2: 모든 사이클 과정은 내부적으로 가역 과정임 (마찰 및 압력 강하 무시)
  • 이상적 가정 3: 연소는 외부 열전달로, 배기는 열 방출 과정으로 대체하여 닫힌 사이클 구성

공식: ηth=1−1rp(k−1)/k\eta_{th} = 1 - \frac{1}{r_p^{(k-1)/k}}, rp=P2P1=P3P4r_p = \frac{P_2}{P_1} = \frac{P_3}{P_4}, T2=T1(rp)(k−1)/kT_2 = T_1 (r_p)^{(k-1)/k}

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출처: 한국산업인력공단, Q-Net 자료실 · 공공누리 제1유형 · 원문(Q-Net)

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