7급 국가직 전달현상 2013년 기출문제

유체의 유변학적 성질에 대한 설명으로 옳은 것은?

45˚로 기울어진 경사면 위를 유체가 강하막흐름(flow of a falling film)으로 흐르고 있다. 이 유체가 비압축성유체이고 층류로 흐를 때, 강하막흐름의 두께를 계산하기 위해 필요한 정보가 아닌 것은? (단, 유체는 경사면 전체를 덮고 흐르며, 경사면의 폭 방향과 길이 방향의 끝단에서 일어나는 흐름교란 현상은 무시한다)

유체의 흐름에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

열전달 현상을 표현하는 푸리에의 법칙(Fourier’s law)과 관련된 설명으로 옳은 것은?

물질확산계수와 열확산계수는 모두 $m^2/s$의 단위를 갖는다. 이 두 확산계수의 조합으로 표현되는 무차원 수로 옳은 것은?

그림과 같이 두 평판 사이를 유체가 층류로 흘러들어갈 때, 입구 지역$(0\le x\le L_e)$은 포텐셜 유동 영역과 경계층 영역으로 구분된다. 두 영역에서 주어진 각각의 속도조건을 활용하여 포텐셜 유동 영역내 속도 $v_e(x)$를 평균속도 ${\overline{v}}_x$와 $B$의 변수로 옳게 표현한 것은? (단, $B$는 중심에서 평판 벽까지의 거리이고, $y=B$ 지점을 중심으로 위와 아래 영역은 서로 대칭이며, 경계층 영역의 두께는 δ 이다)

$\begin{array}{r}{v}_x=v_e\left(2\left(\frac{y}{\delta }\right)-{\left(\frac{y}{\delta }\right)}^2\right)0\le y\le \delta \\ v_x=v{}_e\delta \le y\le B\end{array}$

미세한 고체입자(질량 $5\times 10^{-11}kg$)가 공기 속에서 자유낙하한다. 이 고체입자의 종말속도(terminal velocity)[$\mathrm{cm}/s$]는? (단, 부력은 무시하며 항력($F_D$)은 $F_D=k\upsilon$, $\upsilon$는 고체입자의 순간속도, $k$는 항력계수로 $9.8\times 10^{-9}\frac{N\cdot s}{m}$이며, 중력가속도는 $9.8m/s^2$이다)

이중관 열교환기(double-pipe heat exchanger)를 통해 뜨거운 액체와 찬 액체를 향류로 접촉시켰다. 총괄열전달계수가 $50\mathrm{kcal}$ $/{\mathrm{m}}^2\cdot \mathrm{h}\cdot {}^{\circ }\mathrm{C}$이고, 뜨거운 액체의 온도는 $70^{\circ }\mathrm{C}$에서 $25^{\circ }\mathrm{C}$로, 찬 액체의 온도는 $20^{\circ }\mathrm{C}$에서 $55^{\circ }\mathrm{C}$로 변화되었다면, $1m^2$의 면적당 열 교환량[$\mathrm{kcal}/{\mathrm{m}}^2\cdot \mathrm{h}$]은? (단, ln3 ＝ 1.1로 계산한다)

그림과 같이 넓은 두 고체 평판 사이에 액체가 채워져 있다. 액체의 대류에 의한 열전달은 없고 전도에 의한 열전달만 있다고 가정할 때의 Nusselt 수($Nu=\frac{ha}{k}$)로 옳은 것은? (단, 열 플럭스(heat flux) $q$는 $h(T_1-T_0)$, $h$는 열전달계수, $T$는 온도이다)

연속 분별 증류탑에서 60 mol%의 벤젠과 40 mol%의 톨루엔으로 구성된 혼합원료를 분리하기 위한 이론단수를 McCabe-Thiele법에 의해 구하려고 한다. 이 혼합원료가 20 %의 포화증기와 80 %의 포화액체로 구성되어 증류탑에 공급된다면 $x-y$ 평형도표에서 원료공급선의 표현식으로 옳은 것은? (단, $x$와 $y$는 각각 액상과 기상에서 벤젠의 몰분율이다)

그림과 같이 단면적이 변하는 관을 통하여 일정한 밀도의 유체가 흐르면 유체 속의 기포도 함께 이동한다. 이 기포가 단면적이 큰 지역에서 작은 지역으로 이동할 때 기포의 크기와 속도에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 관내 마찰은 무시하며, 기포의 크기는 관의 단면에 비하여 매우 작고 기포 표면에서는 표면장력이 유체의 관성력이나 점성력보다 우세하다)

기체의 확산계수에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

물질전달 현상으로 설명하기에 적합하지 않은 공정은?

대기압 하에서 어느 기체 A를 포함한 혼합기체가 액체의 물과 평형상태에 있다. 기상에서 기체 A의 분압은 380 mmHg이고, 액상 중에 용해된 A의 몰 분율은 $2.0\times 10^{-9}$로 매우 희박하여 헨리의 법칙(Henry’s law)을 적용시킬 수 있다면 A성분의 헨리상수[atm]는?

대기압 하에서 에탄올(성분1)과 물(성분2)의 액상 혼합물이 그 증기와 기－액 평형을 이루고 있다. 기상의 조성이 에탄올 3몰과 수증기 2몰로 구성될 때, 에탄올의 액상 몰분율이 0.4라면 에탄올의 물에 대한 상대 휘발도(${\alpha }_{12}$)는?

평행으로 마주 보고 있는 서로 다른 온도의 두 흑체면 사이에 흑체인 열차단막(thermal shield)을 설치한다고 가정하자. 열차단막이 없는 경우에 비해, 차단막이 있는 경우 전달되는 열의 양은 얼마로 감소되는가? (단, 열차단막의 두께는 무시한다)

점탄성(viscoelastic) 유체 흐름의 예로 옳은 것은?

프란틀(Prandtl) 수, $P_r=\frac{C_p\mu }{k}$가 1보다 매우 큰 경우에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, $C_p$는 열용량, $\mu$는 점도, $k$는 열전도도이다)

건조한 공기 100 kg과 수증기 3 kg으로 구성된 습윤공기가 있다. 이 때 온도는 $40^{\circ }\mathrm{C}$이고, 전체압력은 760 mmHg라면, 수증기의 분압[mmHg]은? (단, 공기의 분자량은 30, 수증기의 분자량은 18이다)

전기적으로 가열된 와이어(hot-wire)를 공기흐름 방향에 수직으로 삽입함으로써 공기의 속도를 측정할 수 있다. 와이어가 발산하는 전기에너지는 강제대류에 의해 모두 공기로 전달되는 것으로 간주한다. 0.5 $W$의 전기에너지를 발산하는 와이어를 온도 $T_{\infty }=25^{\circ }\mathrm{C}$의 공기에 삽입한 결과, 와이어의 표면온도가 $T_s=75^{\circ }\mathrm{C}$를 유지하고 있다면 공기의 속도[$m/s$]는? (단, 와이어는 길이 20 mm, 지름 0.5 mm의 실린더이며, 공기의 속도($v$)와 대류열전달계수($h$)의 상호관계는 SI 기본 단위계를 사용할 때, $v=6.25\times 10^{-5}{h}^2(m/s)$이고, 정상상태에서 와이어로부터 발생하는 자연대류와 복사에 의한 열전달은 무시한다)