41. 증기발생기 2대가 설치된 원자력발전소에서 각각의 증기발생기는 190.6℃의 급수가 유입되고 284.9℃의 포화증기 $2.93 × 10^6$ kg/h를 생산한다. 모든 증기발생기를 통해 생산된 열출력은? (단, 190.6℃ 급수의 엔탈피는 807.8 kJ/kg이고, 284.9℃ 포화증기의 엔탈피는 2773.2 kJ/kg이다.)
① 약 1,000 MWth ② 약 1,600 MWth ③ 약 3,200 MWth ④ 약 4,200 MWth
증기발생기의 등압과정에서 계에 출입한 열량은 엔탈피의 변화량과 같다.
$$\Delta H = Q + V\Delta P = Q $$
엔탈피 변화율은
$(2773.2 - 807.8) * 2.93e6 = 5.76e9 kJ/hr$
이고,
MW = MJ/sec 로 환산하면 1600 MWth 이다.
증기발생기는 총 2대이므로, 총 열출력은 3200 MWth 이다.
정답 : 3번
42. 체적이 3 $m^3$인 탱크 안에 압력이 1 MPa이고 온도가 50 ℃인 공기가 들어있다. 공기를 가열하여 압력이 1.2 MPa가 되었을 때, 공기로 전달된 에너지는 몇 kJ 인가? (단, 탱크는 완전히 단열되어 있으며 공기의 특정기체상수와 정적비열은 각각 0.287 kJ/kg-K , 0.717 kJ/kg-K이다.)
① 약 1,300 ② 약 1,500 ③ 약 1,700 ④ 약 1,900
$PV=mR'T$ 에서, 모두 표준단위로 나타내면,
$ 1*10^6 [Pa] * 3 [m^3] = m [kg] * 287 [J/kg/K] * 323 [K] $ 가 되고,
따라서 공기의 질량 m = 32.36 kg 으로 구해진다.
에너지가 전달된 후, 공기의 온도 $T_2$를 구해보면, (같은 공식으로)
$1.2*10^6 * 3 = 32.36 * 287 * T_2$,
따라서 공기의 온도는 387.6 K로 증가한다.
전달된 열량 Q는
$Q = c * m * \Delta T = 0.717 * 32.36 * (387.6-323) = 1509 kJ$
이다.
정답 : 2번
43. 다음 그림은 가압경수형 원자력발전소 2차측의 이론적인 T-S 선도이다. 2차측 열효율을 높이기 위한 방법으로 적절하지 않은 것은? ① SG의 압력을 높인다. ② 복수기의 압력을 높인다. ③ 습분분리기 및 재열기의 온도를 높인다. ④ 급수예열기의 온도를 높인다.
랭킨사이클 : 위 그림처럼, 정압가열(보일러) → 단열팽창(터빈) → 정압방열(복수기) → 단열압축(펌프) → 정압가열(보일러)을 반복하며 열을 일로 변환시키는 사이클. 물의 상변화를 매개로 함.
위의 랭킨사이클 T-S 선도에서 다각형(1-2-3-4-5-6-1)의 안쪽 면적이 열효율에 해당한다. 이 면적이 넓어지면 열효율이 커지는 것이므로,
1. 윗변을 위로 올리거나 : 보일러(증기발생기)의 압력을 높임
2. 아랫변(5-6)을 아래로 내리거나 : 복수기의 압력을 낮춤
3. 오른쪽 변(2-3-4-5)을 오른쪽으로 옮기거나 : 터빈의 온도를 높임
4. 재열사이클과 재생사이클을 사용하면
열효율이 커진다.
정답 :
정답 : 2번
44. 유랑률이 일정한 상온의 물이 직경 D인 원형 배관을 통과할 때, Re수가 N이라면, 동일 유량률의 상온의 물이 직경이 D/2인 원형배관을 통과할 때 Re수로 올바른 것은? ① 0.25N ② 0.5N ③ 2N ④ 4N
레이놀즈 수 Re : 유체의 흐름을 해석하기 위한 무차원 수
$$Re = \frac{\rho Dv}{\mu}$$
$\rho$ = 밀도
$D$ = 특성길이 = 배관 직경
$v$ = 유체 속력
$\mu$ = 점성계수 [kg / (m*s)]
직경이 반으로 줄었을 때, 유량률이 동일하려면, 속력은 4배가 되어야 한다.
$Av = 1/4 * \pi*D^2*v = 1/4 * \pi (D/2)^2 * 4v$
따라서 레이놀즈 수는 2배가 된다.
정답 : 3번
45. 대류 열전달에 대한 설명으로 올바르지 않은 것은? ① 대류 열전달률은 열전달 면적에 비례한다. ② 대류 열전달률은 대류 열전달계수에 비례한다. ③ 대류 열전달계수는 물질의 고유특성이다. ④ 대류 열전달계수의 단위는 $W/ (m^2 K)$이다.
열전달에는 세가지 방식이 있다.
전도 : 접촉한 두 물체 사이에서 분자의 운동에 의해 간접적으로 열을 전달함. 분자들은 이동하지 않음.
대류 : 액체나 기체 분자가 직접 움직이면서 열을 전달함
복사 : 매개체 없이, 전자기파의 방출을 통해 열을 전달함
대류 열전달률은 다음과 같이 구할 수 있다.
$$q = h*A*(T_s - T_\infty)$$
$q$ = 열전달률
$h$ = 대류열전달계수 [ $W / (m^2 * K)$ ]
$A$ = 대류열전달이 발생하는 면적
$T_s$ = 물체표면 온도
$T_\infty$ = 표면에서 충분히 멀리 떨어진 곳의 유체의 온도
대류열전달계수 h는 물체의 특성이 아니라 표면 형상, 유체 유동의 특징 및 속도 등에 의해 실험적으로 정해진다.
