[소방설비기사(기계) 필기] 신출대비 2과목 소방유체역학 (30) 해설 페이지
신출예상 · 유체의 정의
유체(fluid)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
아무리 작은 전단응력에도 연속적으로 변형(유동)하는 물질이다.
이상유체는 점성이 매우 커서 유동하지 않는 유체이다.
점성이 있는 유체를 실제유체(점성유체)라 한다.
액체와 기체를 포함한다.
이상유체(ideal fluid)는 점성이 없고 비압축성인 가상의 유체이다. 점성이 커서 유동하지 않는다는 설명은 잘못이다.
신출예상 · 밀도·비중량·비중
물의 물성치에 관한 설명으로 옳지 않은 것은? (표준상태, 4℃ 부근)
밀도는 약 1000 kg/m³이다.
비중량은 약 9800 N/m³(=9.8 kN/m³)이다.
비중은 약 1이다.
비중량은 밀도를 중력가속도로 나눈 값이다.
비중량 γ = ρg(밀도×중력가속도)이다. 물은 1000×9.8 = 9800 N/m³. 나누는 것이 아니라 곱한다.
신출예상 · 점성계수·동점성계수
점성계수(μ)와 동점성계수(ν)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
동점성계수는 점성계수에 밀도를 곱한 값이다.
점성계수의 SI 단위는 Pa·s이다.
온도가 상승하면 액체의 점성계수는 감소한다.
동점성계수 ν = μ/ρ 이다.
동점성계수 ν = μ/ρ(점성계수를 밀도로 나눔)이다. 곱하는 것이 아니다.
신출예상 · 뉴턴 점성법칙
뉴턴의 점성법칙(τ = μ·du/dy)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
전단응력은 속도구배에 비례한다.
점성계수가 클수록 같은 속도구배에서 전단응력이 작아진다.
뉴턴유체는 전단응력과 속도구배가 선형관계인 유체이다.
비례상수가 점성계수이다.
τ = μ(du/dy). 점성계수 μ가 클수록 같은 속도구배에서 전단응력은 커진다.
신출예상 · 파스칼 원리
밀폐된 유체에서 성립하는 파스칼의 원리에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
파스칼의 원리에서는 압력이 방향에 따라 다르게 전달된다.
유압잭·유압프레스의 원리이다.
단면적 비를 이용해 작은 힘으로 큰 힘을 얻는다.
밀폐유체에 가한 압력은 모든 방향으로 같은 크기로 전달된다.
파스칼의 원리는 밀폐유체에 가한 압력이 모든 부분에 동일하게 전달됨을 말한다. 방향에 따라 다르지 않다.
신출예상 · 정수압
정지유체 속 깊이 h에서의 계기압력에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
압력은 P = γh 로 깊이에 비례한다.
같은 깊이에서는 압력이 모든 방향으로 같다.
자유표면에서 압력(계기압)은 0이다.
깊이가 깊어져도 정수압은 일정하다.
정수압 P = γh는 깊이 h에 비례하여 증가한다. 깊어질수록 커지므로 일정하지 않다.
신출예상 · 정수압 계산
물속 깊이 5m 지점의 계기압력은 약 몇 kPa인가? (γ=9.8 kN/m³)
4.9
490
98
49
P = γh = 9.8 kN/m³ × 5m = 49 kN/m² = 49 kPa.
신출예상 · 부력(아르키메데스)
부력에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
부력은 물체가 배제한 유체의 무게와 같다.
부력은 유체의 비중량과 무관하다.
물체가 뜨려면 부력이 중력보다 크거나 같아야 한다.
부력의 작용점은 배제된 유체의 무게중심(부심)이다.
부력 Fb = γ·V(배제부피). 유체의 비중량 γ에 비례하므로 무관하지 않다.
신출예상 · 연속방정식
비압축성 유체의 연속방정식(Q = A·V)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
단면적이 커지면 유속도 함께 커진다.
체적유량은 어느 단면에서나 일정하다.
A₁V₁ = A₂V₂ 가 성립한다.
단면적이 작아지면 유속이 빨라진다.
Q=AV가 일정하므로 단면적이 커지면 유속은 오히려 느려진다. 같이 커지지 않는다.
신출예상 · 연속방정식 계산
안지름 100mm 관에서 유속이 2m/s이다. 이 관이 안지름 50mm로 축소되면 축소부의 유속[m/s]은?
1
8
4
2
A∝D². 지름이 1/2이면 면적은 1/4. V₂=V₁(A₁/A₂)=2×(100²/50²)=2×4=8m/s.
신출예상 · 베르누이 방정식
이상유체의 베르누이 방정식에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
압력수두+속도수두+위치수두의 합이 일정하다.
점성에 의한 마찰손실을 반드시 포함한다.
유속이 빨라지면 압력이 낮아진다.
에너지 보존법칙의 한 형태이다.
베르누이 방정식은 비점성·비압축·정상류의 이상유체에 대해 성립하며 마찰손실을 고려하지 않는다. 손실을 포함하려면 수정 베르누이식을 쓴다.
신출예상 · 토리첼리 정리
수면에서 깊이 h인 작은 구멍으로 유출되는 유속은? (마찰 무시)
V = √(2gh)
V = √(gh)
V = gh
V = 2gh
토리첼리의 정리: V = √(2gh). 베르누이식에서 유도된다.
신출예상 · 레이놀즈수
레이놀즈수(Re)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
레이놀즈수가 클수록 층류가 되기 쉽다.
관성력과 점성력의 비를 나타낸다.
원관에서 대략 Re<2100이면 층류로 본다.
Re = ρVD/μ = VD/ν 로 정의된다.
레이놀즈수가 클수록(관성력 지배) 난류가 되기 쉽다. 층류는 Re가 작을 때(점성력 지배) 나타난다.
신출예상 · 층류·난류
관내 유동의 층류와 난류에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
층류는 유체입자가 층을 이루며 질서정연하게 흐른다.
난류는 유체입자가 불규칙하게 혼합되며 흐른다.
층류에서 난류보다 관마찰계수가 항상 더 크다는 법칙은 없으며, 난류가 되면 마찰손실이 감소한다.
임계 레이놀즈수를 기준으로 유동상태가 바뀐다.
일반적으로 난류가 되면 혼합·와류로 마찰손실(에너지 손실)이 증가한다. 난류에서 마찰손실이 감소한다는 설명은 잘못이다.
신출예상 · 달시-바이스바흐
원관 마찰손실수두 hL = f·(L/D)·(V²/2g)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
마찰손실수두는 유속과 무관하다.
관 지름 D에 반비례한다.
유속 V의 제곱에 비례한다.
관 길이 L에 비례한다.
hL은 V²에 비례하므로 유속과 밀접하게 관련된다. 무관하다는 설명은 잘못이다.
신출예상 · 관마찰계수(층류)
층류 유동에서 관마찰계수 f에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
층류에서는 f = 64/Re 이다.
층류에서 f는 레이놀즈수만의 함수이다.
층류의 관마찰계수는 관의 표면조도에 크게 좌우된다.
난류에서는 관 조도(거칠기)의 영향을 받는다.
층류에서 f=64/Re로 조도와 무관하고 Re만의 함수이다. 조도의 영향은 난류에서 나타난다.
신출예상 · 운동량 방정식
유체의 운동량 방정식(반력·분류)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
단위시간당 운동량 변화는 작용한 힘과 같다.
노즐에서 분사되는 물의 반력을 계산할 수 있다.
운동량 방정식은 질량 보존만 다루고 힘과는 무관하다.
F = ρQ(V₂-V₁) 형태로 나타낸다.
운동량 방정식은 유체에 작용하는 힘과 운동량 변화의 관계(뉴턴 제2법칙)를 다룬다. 힘과 직접 관련된다.
신출예상 · 피토관
피토관(pitot tube)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
유속을 측정하는 계기이다.
피토관은 유체의 밀도를 직접 측정하는 계기이다.
동압으로부터 V=√(2·Δp/ρ)로 유속을 구한다.
정체압과 정압의 차(동압)를 이용한다.
피토관은 동압(정체압-정압)을 이용해 유속을 측정하는 계기로, 밀도를 직접 측정하지 않는다.
신출예상 · 벤투리미터
유량 측정기기에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
벤투리미터는 목(throat)의 압력강하로 유량을 측정한다.
오리피스미터는 구조가 간단하나 손실이 크다.
위어(weir)는 개수로의 유량 측정에 쓰인다.
벤투리미터는 압력손실이 오리피스보다 훨씬 크다.
벤투리미터는 완만한 확대부로 압력회복이 좋아 오리피스보다 손실이 작다. 손실이 더 크다는 설명은 잘못이다.
신출예상 · 펌프 동력
유량 Q[m³/s], 전양정 H[m], 물의 비중량 γ[N/m³]일 때 펌프의 수동력(효율 무시)은?
P = γQ/H
P = γQH
P = γH/Q
P = QH/γ
수동력 P = γQH [W]. 실제 축동력은 이를 효율 η로 나눈다(P/η).
신출예상 · 펌프 동력 계산
유량 0.1m³/s, 전양정 20m인 펌프의 수동력은 약 몇 kW인가? (γ=9.8 kN/m³)
1.96
9.8
19.6
196
P=γQH=9.8kN/m³×0.1m³/s×20m=19.6kW.
신출예상 · 공동현상(캐비테이션)
펌프의 공동현상(cavitation)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
국부압력이 포화증기압 이하로 낮아져 기포가 생기는 현상이다.
흡입양정이 너무 크거나 흡입관 손실이 크면 발생한다.
소음·진동·깃 침식을 유발한다.
펌프를 흡입수면보다 아주 높게 설치할수록 공동현상이 방지된다.
펌프를 흡입수면보다 높게 설치하면 흡입양정이 커져 공동현상이 더 잘 발생한다. 유효흡입수두(NPSH)를 충분히 확보해야 한다.
신출예상 · 수격작용(수격현상)
관로의 수격작용(water hammer)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
밸브를 급격히 개폐할 때 압력파가 발생하는 현상이다.
관의 파손·소음을 유발할 수 있다.
수격작용은 밸브를 빠르게 닫을수록 완화된다.
조압수조·에어챔버·완폐밸브 등으로 완화한다.
밸브를 빠르게 닫을수록 압력파가 커져 수격작용이 심해진다. 완화하려면 천천히 닫아야 한다.
신출예상 · 펌프 상사법칙
원심펌프의 상사법칙(회전수 N 변화)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
유량은 회전수에 비례한다.
양정은 회전수의 제곱에 비례한다.
축동력은 회전수의 세제곱에 비례한다.
양정은 회전수에 반비례한다.
상사법칙: Q∝N, H∝N², P∝N³. 양정은 회전수의 제곱에 비례하며 반비례가 아니다.
신출예상 · 직렬·병렬운전
펌프의 직렬·병렬운전에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
직렬운전은 양정을 증대시키는 데 유리하다.
병렬운전은 유량을 증대시키는 데 유리하다.
병렬운전은 양정을 2배로 높이기 위한 방법이다.
동일 성능 펌프 2대 병렬운전 시 이론상 유량이 증가한다.
양정을 높이려면 직렬운전을 한다. 병렬운전은 유량 증대가 목적이다.
신출예상 · 비속도
펌프의 비교회전도(비속도, Ns)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
펌프의 형식을 결정하는 지표이다.
Ns가 작으면 고양정·소유량형(원심형)에 가깝다.
Ns가 크면 저양정·대유량형(축류형)에 가깝다.
비속도는 펌프의 회전수와 무관하게 결정된다.
비속도 Ns = N·Q^(1/2)/H^(3/4)로 회전수 N을 포함한다. 회전수와 무관하지 않다.
신출예상 · 열역학·열전달
열전달 방식에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
진공 중에서는 복사에 의한 열전달이 일어나지 않는다.
대류는 유체의 유동에 의한 열 이동이다.
복사는 매질 없이 전자기파로 전달된다.
전도는 물질 내 온도차에 의한 열 이동이다.
복사는 매질이 필요 없어 진공에서도 일어난다(태양열이 대표적). 진공에서 복사가 없다는 설명은 잘못이다.
신출예상 · 이상기체
이상기체 상태방정식(PV = nRT)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
온도가 일정할 때 압력과 부피는 반비례한다(보일 법칙).
압력이 일정할 때 부피는 절대온도에 반비례한다.
절대온도는 섭씨온도에 273을 더한 값이다.
압력이 일정할 때 부피는 절대온도에 비례한다(샤를 법칙).
압력 일정 시 V∝T(샤를의 법칙)로 절대온도에 비례한다. 반비례가 아니다.
신출예상 · 표면장력·모세관
표면장력과 모세관현상에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
모세관 상승높이는 표면장력과 무관하다.
모세관 상승높이는 관경이 작을수록 커진다.
물은 유리관에서 상승(젖음), 수은은 하강한다.
표면장력은 액체 표면이 수축하려는 성질이다.
모세관 상승높이 h = 4σcosθ/(γd)로 표면장력 σ에 비례한다. 무관하다는 설명은 잘못이다.
신출예상 · 압력의 종류
압력의 표현에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
절대압력 = 대기압 + 계기압력이다.
진공압은 대기압보다 낮은 압력(음의 계기압)이다.
계기압력은 절대영압(완전진공)을 기준으로 한 압력이다.
표준대기압은 약 101.3 kPa이다.
계기압력은 '대기압'을 기준(0)으로 측정한 압력이다. 절대영압을 기준으로 한 것은 절대압력이다.