2021년 09월 소방설비기사(기계분야) 필기 기출문제(해설포함) 2과목

2과목 : 소방유체역학

21. 지름이 5cm인 원형 관내에 이상기체가 층류로 흐른다. 다음 중 이 기체의 속도가 될 수 있는 것을 모두 고르면? (단, 이 기체의 절대압력은 200kPa, 온도는 27℃, 기체상수는 2080 J/kg·K, 점성계수는 2×10^-5 N·s/m², 하임계 레이놀즈수는 2200으로 한다.)

① ㄱ ② ㄱ, ㄴ ③ ㄱ, ㄴ ,ㄷ ④ ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ

[해설]

✔ 단위 변환

⑴ 절대압력 : 200kPa = 200kN/m² = 200×10³N/m² (1Pa = 1N/㎡)

⑵ 기체상수 : 2080J/kg·K = 2080N·m/kg·K (1J = 1N·m)

⑶ 1000kg/m3[절대단위] = 102kgf·s²/m⁴[중력단위] = 1000N·s²/m⁴(∵ 1kgf = 9.8N)

✔ 밀도

✔ 레이놀즈수

따라서, 0.3m/s, 1.5m/s 가 답이다.

 

22. 표면장력에 관련된 설명 중 옳은 것은?

① 표면장력의 차원은 힘/면적이다.

② 액체와 공기의 경계면에서 액체분자의 응집력보다 공기분자와 액체분자 사이의 부착력이 클 때 발생된다.

③ 대기 중의 물방울은 크기가 작을수록 내부압력이 크다.

④ 모세관현상에 의한 수면 상승 높이는 모세관의 직경에 비례한다.

[해설]

✔ 차원

차원	중력단위[차원]	절대단위[차원]
표면장력	N/m[FL-1]	kg/s2[MT-2]

⑴ 표면장력의 차원은 힘/길이이다.

⑵ 표면장력은 액체와 공기의 경계면에서 액체분자의 응집력과 공기분자와 액체분자 사이의 부착력과의 상대적 크기에 따라 변화된다.

⑶ 대기 중의 물방울은 크기가 작은수록 내부 압력이 크다.(물방울의 직경과 압력은 반비례한다)

⑷ 모세관 현상에 의한 수면 상승 높이는 모세관 직경에 반비례한다.

 

23. 유체의 점성에 대한 설명으로 틀린 것은?

① 질소 기체의 동점성계수는 온도 증가에 따라 감소한다.

② 물(액체)의 정섬계수는 온도 증가에 따라 감소한다.

③ 점성은 유동에 대한 유체의 저항을 나타낸다.

④ 뉴턴유체에 작용하는 전단응력은 속도기울기에 비례한다.

[해설]

⑴ 액체의 점성(점성계수, 동점성계수)은 온도가 상승하면 감소한다.

⑵ 기체의 점성(점성계수, 동점성계수)은 온도가 상승하면 증가하는 경향이 있다.

⑶ 이상유체가 아닌 모든 실체유체는 점성을 가진다.

⑷ 점성은 유동에 대한 유체의 저항을 나타낸다.

⑸ 뉴턴의 점성법칙

따라서, 전단응력은 속도구배(속도기울기)에 비례한다.

 

24. 회전속도 1000rpm 일 때 송출량 Q m³/min, 전양정 H m인 원심펌프가 상사한 조건에서 송출량이 1.1Q m³/min가 되도록 회전속도를 증가시킬 때, 전양정은 어떻게 되는가?

① 0.91 H ② H ③ 1.1 H ④ 1.21 H

[해설]

✔ 펌프의 상사법칙

 

25. 그림과 같이 노즐이 달린 수평관에서 계기압력이 0.49MPa 이었다. 이 관의 안지름이 6cm이고 관의 끝에 달린 노즐의 지름이 2cm 이라면 노즐의 분출속도는 몇 m/s인가? (단, 노즐에서의 손실은 무시하고, 관마찰계수는 0.025 이다.)

[해설]

✔ 유량

✔ 마찰손실수두

✔ 베르누이 방정식

 

26. 원심펌프가 전양정 120m에 대해 6m³/s의 물을 공급할 때 필요한 축동력이 9530kW 이었다. 이때 펌프의 체적효율과 기계효율이 각각 88%, 89% 라고 하면, 이 펌프의 수력효율은 약 몇 % 인가?

① 74.1 ② 84.2 ③ 88.5 ④ 94.5

[해설]

✔ 축동력

✔ 전효율

 

27. 안지름 4cm, 바깥지름 6cm인 동심 이중관의 수력직경(hydraulic diameter)은 몇 cm 인가?

① 2 ② 3 ③ 4 ④ 5

[해설]

✔ 수력반경

✔ 수력직경

 

28. 열역학 관련 설명 중 틀린 것은?

① 삼중점에서는 물체의 고상, 액상, 기상이 공존한다.

② 압력이 증가하면 물의 끓는점도 높아진다.

③ 열을 완전히 일로 변환할 수 있는 효율이 100%인 열기관은 만들 수 없다.

④ 기체의 정적비열은 정압비열보다 크다.

[해설]

⑴ 삼중점(3중점) : 물체의 고상, 액상, 기상이 공존한다.

⑵ 압력이 증가하면 물의 끓는점도 높아진다.

⑶ 열을 완전히 일로 변환할 수 있는 효율이 100%인 열기관은 만들 수 없다.(열역학 제2법칙)

⑷ 기체의 정적비열은 정압비열보다 작다.

 

29. 다음 중 차원이 서로 같은 것을 모두 고르면? (단, P : 압력, ρ : 밀도, V : 속도, h : 높이, F : 힘, m : 질량, g : 중력가속도)

① ㄱ, ㄴ ② ㄱ, ㄷ ③ ㄱ, ㄴ, ㄷ ④ ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ

[해설]

 

30. 밀도가 10kg/m³ 인 유체가 지름 30cm인 관내를 1m³/s 로 흐른다. 이때의 평균유속은 몇 m/s 인가?

① 4.25 ② 14.1 ③ 15.7 ④ 84.9

[해설]

✔ 유량

 

31. 초기 상태에서 압력 100kPa, 온도 15℃인 공기가 있다. 공기의 부피가 초기 부피의 1/20이 될 때까지 가역단열 압축할 때 압축 후의 온도는 약 몇 ℃인가? (단, 공기의 비열비는 1.4 이다.)

① 54 ② 348 ③ 682 ④ 912

[해설]

✔ 단열변화

✔ 절대온도

 

32. 부피가 240m³인 방 안에 들어 있는 공기의 질량은 약 몇 kg 인가? (단, 압력은 100kPa, 온도는 300K 이며, 공기의 기체상수는 0.287 kJ/kg·K 이다.)

① 0.279 ② 2.79 ③ 27.9 ④ 279

[해설]

✔ 이상기체 상태방정식

 

33. 그림의 액주계에서 밀도 ρ₁ = 1000 kg/m³, ρ₂ = 13600 kg/m³, 높이 h₁ = 500mm, h₂ = 800mm 일 때 중심 A의 계기압력은 몇 kPa 인가?

① 101.7 ② 109.6 ③ 126.4 ④ 131.7

[해설]

✔ 비중량

✔ 액주계 압력

34. 그림과 같이 수조의 두 노즐에서 물이 분출하여 한 점(A)에서 만나려고 하면 어떤 관계가 성립되어야 하는가? (단, 공기저항과 노즐의 손실은 무시한다.)

① h₁y₁ = h₂y₂ ② h₁y₂ = h₂y₁ ③ h₁h₂ = y₁y₂ ④ h₁y₁ = 2h₂y₂

[해설]

h₁y₁ = h₂y₂ 가 성립되어야 한다.

 

35. 길이 100m, 직경 50mm, 상대조도 0.01인 원형 수도관 내에 물이 흐르고 있다. 관내 평균유속이 3m/s에서 6m/s로 증가하면 압력손실은 몇 배로 되겠는가? (단, 유동은 마찰계수가 일정한 완전난류로 가정한다.)

① 1.41배 ② 2배 ③ 4배 ④ 8배

[해설]

✔ 달시-바이스바하식과 패닝의 법칙

 

36. 한 변이 8cm인 정육면체를 비중이 1.26인 글리세린에 담그니 절반의 부피가 잠겼다. 이때 정육면체를 수직방향으로 눌러 완전히 잠기게 하는데 필요한 힘은 약 몇 N 인가?

① 2.56 ② 3.16 ③ 6.53 ④ 12.5

[해설]

✔ 비중

✔ 잠기는 물체의 무게

✔ 물체가 완전히 잠겼을 때의 부력

✔ 물체가 완전히 잠기는데 필요한 힘

 

37. 그림과 같이 반지름 0.8m이고 폭이 2m인 곡면 AB가 수문으로 이용된다. 물에 의한 힘의 수평성분의 크기는 약 몇 kN 인가? (단, 수문의 폭은 2m 이다.)

① 72.1 ② 84.7 ③ 90.2 ④ 95.4

[해설]

✔ 수평분력

 

38. 펌프 운전 시 발생하는 캐비테이션의 발생을 예방하는 방법이 아닌 것은?

① 펌프의 회전수를 높여 흡입 비속도를 높게 한다.

② 펌프의 설치높이를 될 수 있는 대로 낮춘다.

③ 입형펌프를 사용하고, 회전차를 수중에 완전히 잠기게 한다.

④ 양흡입 펌프를 사용한다.

[해설]

✔ 공동현상(캐비테이션) 발생을 예방하는 방법

⑴ 펌프의 회전수를 낮추어 흡입 비속도를 낮게 한다.

⑵ 펌프의 설치 높이(흡수면에 가깝게)를 낮춘다.

⑶ 입형펌프를 사용하고, 회전차를 수중에 완전히 잠기게 한다.

⑷ 양흡입 펌프를 사용한다.

⑸ 흡입배관의 유속을 줄여준다.

⑹ 흡입배관의 마찰손실수두를 작게 한다.

⑺ 흡입배관의 관경을 크게 한다.

 

39. 실내의 난방용 방열기(물-공기 열교환기)에는 대부분 방열 핀(fin)이 달려 있다. 그 주된 이유는?

① 열전달 면적 증가 ② 열전달계수 증가 ③ 방사율 증가 ④ 열저항 증가

[해설]

✔ 방열기(라디에이터)에 방열핀을 여러 개 부착하는 이유는 열전달 면적을 증가시켜 난방하고자 하는 실내에 열을 잘 전달하기 위한 목적이다.

 

40. 그림에서 물 탱크차가 받는 추력은 약 몇 N 인가? (단, 노즐의 단면적은 0.03m² 이며, 탱크 내의 계기압력은 40kPa 이다. 또한 노즐에서 마찰 손실은 무시한다.)

① 812 ② 1490 ③ 2710 ④ 5340

[해설]

✔ 압력 P의 환산 수두

✔ 토리첼리의 식

✔ 추력

 

2021년 09월 시행한 소방설비기사 기계 기출문제 하단 첨부파일 참고

소방설비기사(기계분야) 필기_20210912.hwp

0.16MB

 

2021년 09월 소방설비기사(기계분야) 필기 기출문제(해설포함) 3과목은 하단 링크 클릭~

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2021년 09월 소방설비기사(기계분야) 필기 기출문제(해설포함) 3과목