2021년 03월 소방설비기사(기계분야) 필기 기출문제(해설포함) 2과목

2과목 : 소방유체역학

21. 대기압이 90kPa인 곳에서 진공 76mmHg는 절대압력(kPa)으로 약 얼마인가?

① 10.1 ② 79.9

③ 99.9 ④ 101.1

[해설]

✔ 단위변환

1atm=760mmHg=1.0332kg/cm²=10.332m(또는 10.322mAq)=14.7PSI(또는 14.7lb/in²)=101.325kPa(또는 101.325kN/m²)=1013mbar=1.013bar

✔ 절대압

⑴ 절대압=대기압+게이지압(계기압)

⑵ 절대압=대기압-진공압

[풀이]

답 ②

 

22. 지름 0.4m인 관에 물이 0.5m³/s로 흐를 때 길이 300m에 대한 동력손실은 60kW이었다. 이 때 관 마찰계수(f)는 얼마인가?

① 0.0151 ② 0.0202

③ 0.0256 ④ 0.0301

[해설]

✔ 유량

✔ 동력(동력손실)

✔ 마찰손실수두(달시-웨버의 식)

답 ②

 

23. 액체 분자들 사이의 응집력과 고체면에 대한 부착력의 차이에 의하여 관내 액체표면과 자유표면 사이에 높이 차이가 나타나는 것과 가장 관계가 깊은 것은?

① 관성력 ② 점성

③ 뉴턴의 마찰법칙 ④ 모세관현상

[해설]

✔ 모세관현상

⑴ 액체 분자들 사이의 응집력과 고체면에 대한 부착력의 차이에 의하여 관내 액체표면과 자유표면 사이에 높이 차이가 나타나는 것

⑵ 액체와 고체가 접촉하면 상호 부착하려는 성질을 갖는데 이 부착력과 액체의 응집력의 상대적 크기에 의해 일어나는 현상

답 ④

 

24. 피스톤이 설치된 용기 속에서 1kg의 공기가 일정온도 50℃에서 처음 체적의 5배로 팽창되었다면 이 때 전달된 열량(kJ)은 얼마인가? (단, 공기의 기체상수는 0.287kJ/(kg·K)이다.)

① 149.2 ② 170.6

③ 215.8 ④ 240.3

[해설]

✔ 등온과정 열량

답 ①

 

25. 호주에서 무게가 20N인 어떤 물체를 한국에서 재어보니 19.8N이었다면 한국에서의 중력가속도(m/s²)는 얼마인가? (단, 호주에서의 중력가속도는 9.82m/s²이다.)

① 9.46 ② 9.61

③ 9.72 ④ 9.82

[해설]

✔ 비례식

⑴ 호주에서 무게가 20N인 경우 중력가속도는 9.82m/s²

⑵ 한국에서 무게가 19.8N인 경우 중력가속도 χ는?

답 ③

 

26. 두께 20cm이고 열전도율 4W(m·K)인 벽의 내부 표면온도는 20℃이고, 외부 벽은 -10℃인 공기에 노출되어 있어 대류열전달이 일어난다. 외부의 대류열전달계수가 20W/(m²·K) 일 때, 정상상태에서 벽의 외부표면온도(℃)는 얼마인가? (단, 복사열전달은 무시한다.)

① 5 ② 10

③ 15 ④ 20

[해설]

✔ 열전도량

✔ 대류 열전달량

✔ 외부 벽의 표면온도

답 ①

 

27. 질량 m[kg]의 어떤 기체로 구성된 밀폐계가 Q[kJ]의 열을 받아 일을 하고, 이 기체의 온도가 △T[℃] 상승하였다면 이 계가 외부에 한 일 W[kJ]을 구하는 계산식으로 옳은 것은? (단, 이 기체의 정적비열은 C_v[kJ/(kg·K)], 정압비열은 C_p[kJ/kg·K)]이다.)

① W=Q-mC_v△T ② W=Q+mC_v△T

③ W=Q-mC_p△T ④ W=Q+mC_p△T

[해설]

✔ 정적(등적)과정과 정압(등압)과정

⑴ 정적(등적)과정 : 기체의 부피(체적)가 일정한 과정

⑵ 정압(등압)과정 : 기체의 압력이 일정한 과정

✔ 열

Q=ΔU+W

여기서, Q : 열[kJ]

ΔU : 내부에너지 변화[kJ]

W : 일[kJ]

✔ 정적과정의 열량(밀폐계이므로 정적과정)

q=ΔU=mC_vΔT

여기서, q : 열량[kJ]

m : 질량[kg]

C_v : 정적비열[kJ/kg·K]

ΔT : 온도구배(온도차)[K]

[풀이]

Q=ΔU+W ··· ⓐ

ΔU=Q-W

q=ΔU=mC_vΔT ··· ⓑ

ⓑ식에 ⓐ을 대입하면

Q-W=mC_vΔT

Q=mC_vΔT+W

W=Q-mC_vΔT

답 ①

 

28. 정육면체의 그릇에 물을 가득 채울 때, 그릇 밑면이 받는 압력에 의한 수직방향 평균 힘의 크기를 P라고 하면, 한 측면이 받는 압력에 의한 수평방향 평균 힘의 크기는 얼마인가?

① 0.5P ② P

③ 2P ④ 4P

[해설]

✔ 정육면체 그릇 밑면에 작용하는 힘

F_v=γ×V=γ×L×L×L

여기서, F_v : 정육면체 그릇 밑면에 작용하는 힘[N]

γ : 물의 비중량(9800N/m³)

V : 정육면체 체적[m³]

L : 정육면체 한변의 길이[m]

✔ 정육면체 한 측면에 작용하는 평균 힘

F_h=γ×h×A=γ×0.5L×L×L

여기서, F_h : 정육면체 한 측면에 작용하는 평균 힘

γ : 물의 비중량(9800N/m³)

h : 정육면체 중심까지 높이(0.5L)[m]

A : 단면적[m²]

L : 정육면체 한변의 길이[m]

[풀이]

정육면체 그릇 밑면에 작용하는 힘을 P(=γ×L×L×L)라 하면 정육면체 한 측면에 작용하는 평균 힘은 0.5P(=γ×0.5L×L×L)이다.

답 ①

 

29. 베르누이 방정식을 적용할 수 있는 기본 전제조건으로 옳은 것은?

① 비압축성 흐름, 점성 흐름, 정상 유동

② 압축성 흐름, 비점성 흐름, 정상 유동

③ 비압축성 흐름, 비점성 흐름, 비정상 유동

④ 비압축성 흐름, 비점성 흐름, 정상 유동

[해설]

✔ 베르누이 방정식을 적용할 수 있는 기본 전제조건

⑴ 정상 흐름(정상 유동)

⑵ 비압축성 흐름

⑶ 비점성 흐름

⑷ 이상유체 흐름

답 ④

 

30. Newton의 점성법칙에 대한 옳은 설명으로 모두 짝지은 것은?

① ㉮, ㉯ ② ㉯, ㉰

③ ㉮, ㉰ ④ ㉮, ㉯, ㉰

[해설]

✔ Newton의 점성법칙

⑴ 전단응력은 점성계수와 속도기울기의 곱이다.

⑵ 전단응력은 점성계수에 비례한다.

⑶ 전단응력은 속도기울기에 비례한다.

⑷ Newton의 점성법칙

답 ①

 

31. 물이 배관 내에 유동하고 있을 때 흐르는 물속 어느 부분의 정압이 그 때 물의 온도에 해당하는 증기압 이하로 되면 부분적으로 기포가 발생하는 현상을 무엇이라고 하는가?

① 수격현상 ② 서징현상

③ 공동현상 ④ 와류현상

[해설]

✔ 공동현상(Cavitation)

물이 배관 내에 유동하고 있을 때 흐르는 물속 어느 부분의 정압이 그 때 물의 온도에 해당하는 증기압 이하로 되면 부분적으로 기포가 발생하는 현상

✔ 수격현상(Water Hammer)

배관내를 유체가 흐를때 펌프의 순간적인 정지 및 기동, 밸브의 급격한 개폐, 배관의 급격한 굴곡 등에 의해 유체의 속도가 급히 변화하면 유체가 가지고 있는 운동에너지가 압력에너지로 변하여 순간적으로 큰 압력변화가 발생하는 현상

✔ 서징현상(Serging)

유량이 단속적으로 변하여 펌프 입출구에 설치된 진공계 또는 압력계가 흔들리고 진동과 소음이 일어나며 펌프의 토출유량이 변하는 현상

답 ③

 

32. 그림과 같이 사이폰에 의해 용기 속의 물이 4.8m³/min로 방출된다면 전체 손실수두(m)는 얼마인가? (단, 관 내 마찰은 무시한다.)

① 0.668 ② 0.330

③ 1.043 ④ 1.826

[해설]

✔ 유량

✔ 베르누이 방정식

답 ①

 

33. 반지름 R₀인 원형파이프에 유체가 층류로 흐를 때, 중심으로부터 거리 R에서의 유속 U와 최대속도 U_max의 비에 대한 분포식으로 옳은 것은?

[해설]

✔ 중심으로부터 거리 R에서의 유속 U와 최대속도 U_max의 비에 대한 분포식

답 ④

 

34. 이상기체의 기체상수에 대해 옳은 설명으로 모두 짝지어진 것은?

① a ② a, c

③ b, c ④ a, b, d

[해설]

⑴ 기체상수의 단위는 비열의 단위와 차원이 같다.

  ㈎ 기체상수의 단위 : kJ/kg·K 또는 atm·m³/kmol·K

  ㈏ 비열의 단위 : kJ/kg·K

⑵ 기체상수는 온도가 높을수록 작아진다.

⑶ 기체상수는 분자량에 관계없이 동일하다.

⑷ 기체상수의 값은 기체의 종류에 관계없이 거의 비슷하다.

답 ①

 

35. 그림에서 두 피스톤이 지름이 각각 30cm와 5cm이다. 큰 피스톤이 1cm 아래로 움직이면 작은 피스톤은 위로 몇 cm 움직이는가?

① 1 ② 5

③ 30 ④ 36

[해설]

✔ 압력

답 ④

 

36. 흐르는 유체에서 정상류의 의미로 옳은 것은?

① 흐름의 임의의 점에서 흐름특성이 시간에 따라 일정하게 변하는 흐름

② 흐름의 임의의 점에서 흐름특성이 시간에 관계없이 항상 일정한 상태에 있는 흐름

③ 임의의 시각에 유로 내 모든 점의 속도벡터가 일정한 흐름

④ 임의의 시각에 유로 내 각점의 속도벡터가 다른 흐름

[해설]

✔ 정상류(Steady flow)

⑴ 유체 흐름의 특성이 시간에 따라 변하지 않는 흐름

⑵ 흐름의 임의의 점에서 흐름특성이 시간에 관계없이 항상 일정한 상태에 있는 흐름

✔ 비정상류(Unsteady flow)

⑴ 유체 흐름의 특성이 시간에 따라 변하는 흐름

⑵ 흐름의 임의의 점에서 흐름특성이 시간에 따라 일정하게 변하는 흐름

답 ②

 

37. 용량 1000L의 탱크차가 만수 상태로 화재현장에 출동하여 노즐압력 294.2kPa, 노즐구경 21mm를 사용하여 방수한다면 탱크차 내의 물을 전부 방수하는데 몇 분 소요되는가? (단, 모든 손실은 무시한다.)

① 1.7분 ② 2분

③ 2.3분 ④ 2.7분

[해설]

✔ 방수량

답 ②

 

38. 그림과 같이 60°로 기울어진 고정된 평판에 직경 50mm의 물 분류가 속도(V) 20m/s로 충돌하고 있다. 분류가 충돌할 때 판에 수직으로 작용하는 충격력 R(N)은?

① 296 ② 393

③ 680 ④ 785

[해설]

✔ 유량

✔ 수직으로 작용하는 충격력

답 ③

 

39. 외부지름이 30cm이고 내부지름이 20cm인 길이 10m의 환형(annular)관에 물이 2m/s의 평균속도로 흐르고 있다. 이 때 손실수두가 1m일 때, 수력직경에 기초한 마찰계수는 얼마인가?

① 0.049 ② 0.054

③ 0.065 ④ 0.078

[해설]

✔ 수력반경

✔ 수력직경(수력지름)

✔ 손실수두

답 ①

 

40. 토출량이 0.65m³/min인 펌프를 사용하는 경우 펌프의 소요 축동력(kW)은? (단, 전양정은 40m이고, 펌프의 효율은 50%이다.)

① 4.2 ② 8.5

③ 17.2 ④ 50.9

[해설]

✔ 축동력

답 ②

 

2021년 3월 실시한 소방설비기사(기계분야) 필기 기출문제(1과목~4과목)는 하단 첨부파일 참고

소방설비기사(기계분야) 필기_20210307.hwp

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2021년 03월 소방설비기사(기계분야) 필기 기출문제(해설포함) 3과목은 하단 링크 클릭~

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2021년 03월 소방설비기사(기계분야) 필기 기출문제(해설포함) 3과목