이동현상/화공단위조작 졸업고사 예상문제 (4문제 출제)

※주의: 풀이 과정이 불분명하면 점수로 인정되지 않습니다.

1. 다음의 유로에 비중이 0.85인 비압축성 유체가 상온에서 흐른다. 관 A는 내경 50 mm, 관 B는 내경 80 mm, 관 C는 내경 40 mm 이며 관 A의 유량은 6.6 m³/h이다. 관 A, B, C에서의 평균 유속[m/s]을 각각 구하시오.

3. 상온에서 저수탱크의 물을 펌프를 사용하여 10.8 m³/h의 유량으로 흡수탑 상부로 끌어 올린다. 상부로 올라온 물이 배출되는 지점은 저수탱크의 수면으로부터 5 m 높이에 있는 대기 중이다. 수송관의 내경이 50mm이고 펌프의 효율은 50%, 펌프의 일(W_p)이 150 J/kg(=m²/s²)일 때 수송 중 마찰손실[J/kg]을 계산하시오. 단, 저수탱크 액면의 면적은 수송관 배출구 단면적에 비해 매우 크다고 가정함. 

4. 무한히 크고 수평한 두 평판 사이 간격 B의 틈에 밀도 ρ이고 점도 μ인 비압축성 뉴톤 유체가 있다. 아래 평판은 고정되어 있으며 윗 평판은 x 방향으로 일정한 속도 U로 움직인다. 정상상태, 층류 흐름이고 말단 영향은 무시한다. 아래의 연속식과 운동 방정식을 이용하여 유체의 속도(u) 프로파일을 유도하시오.

5. 수평인 원통관의 내부를 밀도 ρ이고 점도 μ인 비압축성 뉴톤 유체가 압력(P) 구배에 의해 축 방향(z)으로 흐르고 있다. 원통관의 반지름은 R이고 정상상태, 층류 흐름이며 말단 영향은 무시한다. 아래의 연속식과 운동방정식을 이용하여 유체의 속도(u_z) 프로파일을 유도하시오.

6. 평평한 furnace의 벽면이 두 개의 단열층 A와 B로 연접되어 있다. Furnace 내부를 향하는 단열층 A면의 온도는 700 ℃이고 외기의 온도는 50 ℃이다. 단열층 A의 두께는 150 mm, 그 열전도도는 0.05 W/m℃, 단열층 B의 두께는 240 mm, 그 열전도도는 0.15 W/m℃이라 할 때 두 단열층 사이 경계면의 온도를 구하시오

7. 더운 유체와 찬 유체가 향류(countercurrent flow)로 흐르는 2중관 열교환기에서 더운 유체의 온도는 60℃에서 30℃로 떨어지고 찬 유체의 온도는 20℃에서 55℃로 상승했다. 이 열교환기의 총괄 열전달계수가 69 kcal/m²h℃로 일정할 때, 열플럭스[kcal/m²h]를 계산하시오.

8. 더운 유체와 찬 유체가 병류(cocurrent flow)로 흐르는 2중관 열교환기에서 더운 유체의 온도는 60℃에서 45℃로 떨어지고 찬 유체의 온도는 20℃에서 40℃로 상승했다. 이 열교환기의 열플럭스가 600 kcal/m²h 일 때, 이 열교환기의 총괄열전달계수[kcal/m²h℃]를 계산하시오.

9. 연속식 기체흡수탑의 설계에서 NTU(Number of Transfer Unit)와 HTU(Height of Transfer Unit)의 결정 방법에 대해 각각 설명하시오. 

10. 연속식 분별 증류에서 McCabe- Thiele 방법을 이용하여 이론단수를 결정하는 방법에 대해 단계별로 설명하시오. 구체적으로 y- x선도를 이용하여 필요한 선들의 이름과 교차점의 좌표를 명시하여 설명하시오. 

11. 지름이 0.1 cm인 긴 유리모세관이 한쪽은 물, 다른 한쪽은 건조한 공기와 접하고 있다. 수증기는 물과 접한 쪽에서 기화되어 모세관을 통하여 다른 한쪽으로 확산된다. 다음의 주어진 데이터를 이용하여 이 시스템에서 물이 증발되는 속도를  [g/s] 단위로 계산하시오. 

등온 확산 (20℃)

물의 증기압 17.5 mmHg (20℃)

물의 확산도 0.3 cm²/s (20℃)

건조 공기 기압 760 mmHg

경막 길이 10 cm

기체상수 R=82 cm³atm/mol K

물의 분자량 18 g/mol

12. 벤젠(A)과 톨루엔(B)의 혼합액이 있다. 전체 압력이 760mmHg 이고 온도가 95.25℃에서 기상과 액상이 평형 상태에 도달했을 때, 벤젠의 액상 몰분율 x, 기상의 몰분율 y, 상대휘발도 α_AB를 각각 구하시오. 순수 벤젠의 증기압은 1180mmHg이고 순수 톨루엔의 증기압은 481mmHg이다. 

13. 상온의 정상상태에서 길이가 1m이고 내경이 5 cm인 매끄러운 원통관의 내벽으로부터 어떤 물질 A가 확산되어 들어오고 있으며 관내에는 밀도가 1,100 kg/m³, 점도가 3 cP인 유체가  평균유속 0.3 m/s의 속도로 흐르고 있다. 이 유체 중에서 물질 A의 확산도는 2.0x10^{- 5}cm²/s이다. 이 때 물질 A의 물질전달계수[단위:m/s]를 구하시오.