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300L 체적의 진공인 탱크가 25℃, 6MPa의 공기를 공급하는 관에… | [공조냉동기계기사 필기] 20년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[공조냉동기계기사 필기] 20년 1회차
300L 체적의 진공인 탱크가 25℃, 6MPa의 공기를 공급하는 관에 연결된다. 밸브를 열어 탱크 안의 공기 압력이 5MPa이 될 때까지 공기를 채우고 밸브를 닫았다. 이 과정이 단열이고 운동에너지와 위치에너지의 변화를 무시한다면 탱크 안의 공기의 온도(℃)는 얼마가 되는가? (단, 공기의 비열비는 1.4이다.)
1
1.5
2
25.0
3
84.4
4
144.2
해설

진공 탱크에 배관의 공기를 단열 상태로 채우는 과정에서는 운동·위치에너지를 무시하면 유입 유체의 엔탈피가 그대로 탱크 안 기체의 내부에너지로 축적된다(u2=hlineu_2=h_{line}).

이상기체이므로 cvT2=cpTlinec_vT_2=c_pT_{line}, 즉 T2=γTlineT_2=\gamma T_{line}이 성립한다. 공급 공기 온도는 25+273=298K25+273=298\text{K}이므로 T2=1.4×298=417.2KT_2=1.4\times298=417.2\text{K}, 즉 417.2273=144.2C417.2-273=144.2^\circ\text{C}로 계산된다.

이 관계식은 탱크의 최종 압력과는 무관하게 성립하는, 진공 탱크 채움과정 특유의 결과이다.

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