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열교환기의 1차 측에서 압력 100kPa, 질량유량 0.1kg/s인 공… | [건설기계설비기사 필기] 21년 3회차 기출문제 상세 페이지

1[건설기계설비기사 필기] 21년 3회차
열교환기의 1차 측에서 압력 100kPa, 질량유량 0.1kg/s인 공기가 50℃ 로 들어가서 30℃로 나온다. 2차 측에서는 물이 10℃로 들어가서 20℃로 나온다. 이 때 물의 질량유량(kg/s)은 약 얼마인가? (단, 공기의 정압비열은 1 kJ/(kg·K)이고, 물의 정압비열은 4 kJ/(kg·K)로 하며, 열 교환과정에서 에너지 손실은 무시한다.)
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해설

열교환기에서 에너지 손실이 없으므로 1차 측(공기)이 방출하는 열량과 2차 측(물)이 흡수하는 열량이 같다. 공기의 열량 변화: Q=mair×cpair×ΔTair=0.1×1×(50−30)=0.1×1×20=2 kJ/sQ = m_{\text{air}} \times c_p^{\text{air}} \times \Delta T_{\text{air}} = 0.1 \times 1 \times (50-30) = 0.1 \times 1 \times 20 = 2 \text{ kJ/s}
물의 열량 변화: Q=mwater×cpwater×ΔTwaterQ = m_{\text{water}} \times c_p^{\text{water}} \times \Delta T_{\text{water}}이므로 2=mwater×4×(20−10)=mwater×4×102 = m_{\text{water}} \times 4 \times (20-10) = m_{\text{water}} \times 4 \times 10을 정리하면 2=mwater×402 = m_{\text{water}} \times 40이므로 mwater=240=0.05 kg/sm_{\text{water}} = \frac{2}{40} = 0.05 \text{ kg/s}이다. 따라서 물의 질량유량은 0.05 kg/s이다.

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