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1[화공기사 필기] 15년 1회차
그림과 같은 공기표준 오토사이클의 효율을 옳게 나타낸 식은? (단, a 는 압축비 이고, r 은 비열비(Cp/Cv) 이다.)
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해설

공기표준 오토사이클의 열효율은 압축비만으로 결정되며 η = 1 − (1/a)r−1 이다.

그림의 P–V 선도에서 D→A 와 B→C 는 부피가 일정한 수직선(정적 가열·정적 방열), A→B 와 C→D 는 기울어진 곡선(단열 팽창·단열 압축)이다. 정적과정에서 주고받는 열이 qin=Cv(TA−TD)q_{in}=C_v(T_A-T_D), qout=Cv(TB−TC)q_{out}=C_v(T_B-T_C) 이므로 η=1−TB−TCTA−TD\eta=1-\dfrac{T_B-T_C}{T_A-T_D} 로 쓸 수 있다.

두 단열과정에 TV r−1=일정TV^{\,r-1}=\text{일정} 을 적용하면 온도비가 부피비로 바뀌어 η=1−(1a)r−1\eta=1-\left(\dfrac{1}{a}\right)^{r-1} 이 된다.

함정은 두 가지다. 괄호 안에 들어가는 것은 압축비가 아니라 압축비의 역수이고, 지수는 비열비 r 이 아니라 r−1 이다. 1−ar 이나 1−ar−1 처럼 압축비를 그대로 쓰면 압축비가 커질수록 효율이 음수로 발산해 성립하지 않는다.

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