직경이 2cm 인 호스에 출구 직경이 1cm인 원뿔형 노즐이 연결되었고, 노즐을 통해서 600cm 3 /s의 물 (밀도 998kg/m 3 )이 수평방향으로 대기중에 분사되고 있다. 노즐 입구의 계기압력이 400kPa 일 때 노즐을 고정하기 위한 수평방향의 힘은?

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직경이 2cm 인 호스에 출구 직경이 1cm인 원뿔형 노즐이 연결되었고… | [소방설비산업기사(기계분야) 필기] 15년 3회차 기출문제 상세 페이지

1[소방설비산업기사(기계분야) 필기] 15년 3회차

직경이 2cm 인 호스에 출구 직경이 1cm인 원뿔형 노즐이 연결되었고, 노즐을 통해서 600cm³/s의 물 (밀도 998kg/m³)이 수평방향으로 대기중에 분사되고 있다. 노즐 입구의 계기압력이 400kPa 일 때 노즐을 고정하기 위한 수평방향의 힘은?

122N

126N

130kN

136kN

해설

노즐을 고정하기 위한 힘은 운동량 방정식으로 구하며, 입구 단면적에 작용하는 압력힘에서 유체의 운동량 변화량을 빼서 구한다.
입구 단면적  $A_1 = \dfrac{\pi}{4}(0.02)^2 \approx 3.14\times10^{-4}$  m², 출구 단면적  $A_2 \approx 7.85\times10^{-5}$  m²이고 유량  $Q=6\times10^{-4}$  m³/s이므로 유속은 각각  $V_1 \approx 1.91$  m/s,  $V_2 \approx 7.64$  m/s이다.
따라서  $F = P_1A_1 - \rho Q(V_2-V_1) \approx 125.7-3.4 \approx 122$  N으로 계산된다.

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