7급 국가직 전달현상 2015년 기출문제

유체 속에 잠겨있는 금속구 주위에서 강제대류 열전달이 일어날 때의 열전달 상관식은 $\text{Nu}={\mathrm{CRe}}^{1/2}{Pr}^{1/3}$이고, 대류 열전달계수는 $h_1$이다. 다른 조건들은 동일할 때, 금속구 직경을 두 배로 할 경우 대류 열전달계수($h_2$)는? (단, C 는 상수, Nu 는 Nusselt 수, Re 는 Reynolds 수, Pr 은 Prandtl 수이다)

기체 A 가 일방확산(one-way diffusion)하고 있다. A 의 몰분율이 벌크(bulk) 층에서 0.8 이고, 계면에서 0.6 일 때, 확산 플럭스가 N_A 이다. 계면에서의 A 의 몰분율이 0.2 로 감소하였을 때, 확산 플럭스는?

정상상태에서 두께가 $d$인 필름을 통해 A, B 두 성분이 1차원으로 확산되고 있으며, 그 농도분포가 그림과 같다. 두 성분의 몰플럭스가 동일하다면, A 와 B 성분의 확산계수 간의 관계식은?

연속 분별증류탑에서 2성분 혼합물을 증류한다. 탑상제품 내의 휘발성이 높은 성분 A 의 몰분율이 0.90이고, 원료공급선이 A 의 액상($x$)－기상($y$) 평형곡선과 만나는 점의 좌표($x$, $y$)가 (0.30, 0.70)이다. 최소환류비는?

두께 5 cm인 판에서 2.0 × 10⁶ W/m³로 열에너지가 균일하게 생성된다. 판의 한 쪽 면은 완전 단열되어 있고, 다른 쪽 면은 50 °C로 유지되고 있다. 정상상태에서 판의 최대온도[°C]는? (단, 판의 열전도도는 50 W/m‧°C이다)

$xy$ 직교좌표계 2차원 유동장에서 어떤 유체의 속도($\vec{v}$)의 $x$, $y$방향 속도성분($v_x,v_y$)은 다음과 같다.

$\vec{v}=v_x\vec{i}+v_y\vec{j},v_x=x^{2}y+2ax,v_y=-b^{2}y-x{y}^2$

이 유체가 비압축성(incompressible) 유동 특성을 가질 때의 조건은? (단, a와 b는 상수이다)

서로 섞이지 않는 뉴톤 유체 A, B 가 그림과 같이 두 개의 무한 수평 평판 사이에 놓여있다. 아래쪽 판을 고정시키고 위쪽 판을 $x$ 방향으로 일정한 속도($v_0$)로 당겼을 때, 두 유체의 $x$방향 속도분포($v=v$($y$))는 화살표와 같다. 두 유체 층의 속도구배와 점도의 관계로 옳은 것은?

유체의 대류 열전달계수($h$)와 열전도도($k$)에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고르면?

ㄱ. 정지한 상태의 기체보다 움직이는 액체의 대류 열전달계수가 크다.

ㄴ. 단원자 기체의 열전도도는 압력에 무관하다.

ㄷ. h / k 는 길이차원 [L] 을 갖는다.

기체 A 가 확산하여 평판의 표면($z$ ＝ δ)에서 순간적인 반응($2A\to \mathrm{B}+3C$)을 통해 모두 반응하고, 생성된 기체 B 와 C 는 기체층으로 확산한다. 기체 A 의 절대 몰플럭스 ($N_{\mathrm{A}z}$)는? (단, 모든 기체는 $z$방향 일차원으로 확산되며, $C_0$는 총농도, $D_{\mathrm{AM}}$ 은 혼합물에서 A 의 확산계수, $y_{\mathrm{A}}$는 A 의 몰분율이다)

그림과 같이 유체 높이(h)가 일정하게 유지되고 있는 탱크로부터 지름이 D 이고 길이가 L 인 관 (L >> h) 을 통하여 흐르는 뉴톤 유체의 유량은 Q 이다. 만일 관을 지름과 길이가 각각 2 D 와 2 L 인 새로운 관으로 교체한다면, 새로운 관을 통하여 흐르는 유체의 유량은? (단, 관의 유입구와 유출구에서의 마찰손실과 표면장력의 영향은 무시하고, 관의 흐름은 모두 층류이다)

같은 두께의 서로 다른 고체 물질 A, B, C 가 완전히 밀착되어 복합체를 이루고 있다. 두께 방향의 열전달에 의해 정상상태 온도분포가 그림과 같을 때, 열전도도가 가장 작은 물질은?

중력장에서 실린더 내에 물과 섞이지 않는 액체 A 가 물보다 위에 위치하고 있다. 비중이 0.90 인 원통을 액체에 담갔을 때, 수직방향으로 원통의 2/3 는 액체 A 속에 있고, 1/3 은 물 속에 있다. 액체 A 의 비중은?

기체 A 와 B 로 이루어진 혼합기체의 확산계수(D_AB)는 0.01 m²/s이고, A 의 확산방향 농도차는 0.5 mol/m³로 주어질 때, A 의 확산 몰플럭스[mol/m²‧s]는? (단, 확산거리는 0.1 m이다)

일정한 온도(T_b)인 유체가 일정한 속도($v_0$)인 층류 상태로 유입되어 흐름과 평행하게 놓인 평판 위를 흐르고 있다. 평판은 가열되어 표면의 온도(T_w)가 T_w > T_b로 일정하게 유지되고 있다. Prandtl수가 1보다 작은 경우, 평판 위에 형성되는 운동량경계층 (${\delta }_{\mathrm{M}}$)과 열경계층 (${\delta }_{\mathrm{T}}$)의 개형은?

건조 공기와 수증기로 구성된 기체 혼합물의 전체 압력이 1,000 mmHg이고, 건조 공기의 분압이 800 mmHg일 때의 기체 혼합물의 절대습도는? (단, 건조 공기와 수증기의 분자량은 각각 30 과 18 이고, 모두 이상기체이다)

간격이 $d$ 인 무한히 긴 두 수직 평판 사이에 뉴톤 액체가 채워져 중력($\vec{g}$) 에 의해서만 흐르고 있다. 왼쪽 판은 고정되어 있고, 오른쪽 판은 일정한 속도 $v_0$ 로 중력 반대방향으로 움직이고 있다. 정상상태에서 두 판 내 $z$ 방향으로의 평균속도가 0 이 되기 위한 오른쪽 판의 속도($v_0$)는? (단, 유체의 밀도와 점도는 각각 $\rho$ 와 $\mu$이다)

벽면의 1/3 은 두께 0.5 cm 인 유리창으로, 나머지 2/3 는 두께 10 cm 인 벽돌로 되어 있는 아파트의 열손실은 $Q$ 이다. 채광을 늘리기 위해 유리창 부분의 면적을 벽면의 절반까지 확대하였을 때, 열손실은? (단, 아파트세대 간 열전달은 무시하고, 아파트 안과 밖의 온도는 각각 일정하며, 유리와 벽돌의 열전도도는 서로 같다)

내부 반경이 R, 길이가 L 인 원통관에서 뉴톤 유체가 유량 Q로 흐르고 있다. 이때 압력구배는 $\Delta P/L$ 이다. 동일한 유체가 내부 반경이 $R/2$인 원통관에서 유량 $Q/2$로 흐른다면, 압력구배는? (단, 유체 흐름은 정상상태의 완전발달 층류이다)

평판에서 확산에 의한 침투 깊이는 평판 표면 농도의 1 %인 지점의 깊이로 한다. 모든 조건은 동일하고 확산에 의해서만 물질이 침투한다. 확산계수가 일정할 때, 시간이 두 배가 될 경우 침투 깊이는 몇 배 늘어나는가?

뚜껑이 열려 있는 탱크에 물이 채워져 있고, 탱크 밑 부분에는 마찰이 없는 노즐이 설치되어 있다. 노즐과 수면의 높이차는 h, 탱크 단면적은 $A_1$, 노즐 단면적은 $A_2$ 일 때, 노즐에서 배출되는 물의 속도($v_2$)는? (단, $g$는 중력가속도이다)