열교환기 장치에서 2.5 kg s-1의 질량유량으로 유입되는 90 °C… | [7급 국가직 전달현상] 22년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[7급 국가직 전달현상] 22년 1회차

열교환기 장치에서 2.5 kg s^-1의 질량유량으로 유입되는 90 °C의 뜨거운 공기를 사용하여 1.5 kg s^-1로 흐르는 20 °C의 냉수를 가열한다. 이 열교환기의 최대 가능 열전달률[kW]은? (단, 공기의 비열은 1.0 kJ kg^-1 K^-1이고, 냉수의 비열은 4.2 kJ kg^-1 K^-1이다. 모든 비열은 일정하며, 열교환기는 정상상태 운전조건이며, 잘 단열되어 있고, 내부 도관 열저항은 무시한다)

해설

최대 가능 열전달률은 열용량률이 작은 쪽(공기)이 최대 온도차만큼 변할 때로, 175 kW이다.
열용량률: 공기  $C_h=2.5\times1.0=2.5\,\mathrm{kW\,K^{-1}}$ , 냉수  $C_c=1.5\times4.2=6.3\,\mathrm{kW\,K^{-1}}$ 
 $q_{max}=C_{min}(T_{h,in}-T_{c,in})=2.5\times(90-20)=175\,\mathrm{kW}$ 
냉수 열용량률로 계산한 441 kW는 공기가 20 °C보다 더 식어야 가능한 값이라 성립하지 않는다.

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