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직경이 10cm인 90° 엘보에 계기압력 2kgf/cm2 의 물이 3m… | [가스기사 필기] 21년 3회차 기출문제 상세 페이지

1[가스기사 필기] 21년 3회차
직경이 10cm인 90° 엘보에 계기압력 2kgf/cm2 의 물이 3m/s로 흘러 들어온다. 엘보를 고정시키는데 필요한 x 방향의 힘은 약 몇 kgf 인가?
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해설

엘보를 지나는 유체가 관에 미치는 힘은 압력에 의한 힘과 운동량 변화에 의한 힘의 합으로 구한다. 관의 단면적은 A=π4d2=π4(10cm)2≈78.5cm2A=\dfrac{\pi}{4}d^2=\dfrac{\pi}{4}(10\text{cm})^2\approx78.5\text{cm}^2이다.

압력에 의한 힘은 P×A=2×78.5≈157kgfP\times A=2\times78.5\approx157\text{kgf}이고, 유량 Q=Av=78.5cm2×3m/s≈0.0236m3/sQ=Av=78.5\text{cm}^2\times3\text{m/s}\approx0.0236\text{m}^3/\text{s}에 대해 운동량 변화에 의한 힘은 ρQv≈1000×0.0236×3≈70.7N≈7.2kgf\rho Qv\approx1000\times0.0236\times3\approx70.7\text{N}\approx7.2\text{kgf}이다.

90°로 방향이 꺾이면서 x방향 운동량이 0으로 줄어드므로, 엘보를 고정하는 데 필요한 x방향 힘은 두 힘을 더한 157+7.2≈164kgf157+7.2\approx164\text{kgf}로 계산되어 등록된 정답과 일치한다.

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