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1[7급 국가직 화공열역학] 25년 1회차

이상기체가 느린 유속으로 압축기에 유입되어 압축 공정을 거친 후, 단열된 노즐을 통해 초기 압력과 온도 조건으로 돌아가면서 최종 속도 400 m s^-1로 팽창된다. 압축 공정에서 170 kJ kg^-1의 일이 가해졌을 때, 압축 공정에서 방출되는 열의 크기[kJ kg^-1]는? (단, 정상상태 흐름 공정이고, 압축기에 유입되는 지점에서 이상기체의 운동에너지는 무시하며, 위치에너지의 변화와 마찰에 의한 손실은 없다)

해설

압축 공정에서 방출되는 열은  $90\ \mathrm{kJ\,kg^{-1}}$ 이다.
압축기와 노즐 전체를 하나의 정상흐름계로 보면 입·출구의 온도·압력이 같아 이상기체의  $\Delta H = 0$ 이고, 에너지 수지는  $\Delta H + \dfrac{\Delta u^2}{2} = Q + W_s$ 이다.
 $\dfrac{u^2}{2} = \dfrac{400^2}{2} = 80000\ \mathrm{J\,kg^{-1}} = 80\ \mathrm{kJ\,kg^{-1}}$ 
 $Q = 80 - 170 = -90\ \mathrm{kJ\,kg^{-1}}$ 
노즐은 단열이고 축일이 없으므로 이 열은 모두 압축 공정에서 방출된 것이다.

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