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
2021년 09월 소방설비기사(기계분야) 필기 기출문제(해설포함) 3과목은 하단 링크 클릭~
https://allsobang.tistory.com/206
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