41. 내경이 일정한 관 속을 평균유속 4 m/s로 물이 흐르고 있다. 마찰계수가 0.015이며 관의 길이 10 m 사이의 압력강하가 약 6.122 kPa일 때, 관의 내경은? ① 10 cm ② 15 cm ③ 20 cm ④ 25 cm
달시-바이스바하의 압력강하 식에 따르면 관 속에서 마찰에 의한 압력손실은,
$$\Delta P = \frac{1}{2} f \frac{l}{D}\rho v^2 $$
f : 마찰계수, 0.015
l : 관 길이, 10 m
D : 관 직경
$\rho$ : 밀도, 1000 kg/m3
v : 유체의 속도, 4 m/s
따라서 관 직경은 약 20 cm
정답 : 3번
42. 단열되지 않은 무한히 긴 증기관의 표면으로부터 자연대류에 의하여 단위길이 당 1000 W/m의 열이 반지름 방향으로 전달될 때 증기관 표면온도는? (단, 관의 외경은 20 cm, 주변 온도는 20 ℃, 증기관 표면으로부터 공기로의 자연대류열전달계수는 15 $W/ m^2 /K$이다.)
① 126 ℃ ② 136 ℃ ③ 146 ℃ ④ 156 ℃
대류열전달 공식은
$$ q = hA\Delta T $$
q : 열량, 문제에서는 단위길이당 열량, 1000 W/m
h : 대류열전달계수, $ 15 W/m^2/K $
A : 열전달되는 넓이, 이 문제에서는 단위길이당 넓이라고 하면, $0.2\pi [m] $. (관 옆면 1m 길이에 해당하는 넓이)
따라서 $\Delta T$ 는 106 K .
주변온도는 20 ℃ 이므로, 관 표면 온도는 20 + 106 = 126 ℃ 이다.
정답 : 1번
43. 어떤 유체의 유동이 아래와 같이 만족할 때, 이로부터 알 수 있는 것은? (단, p는 압력, ρ는 밀도, V는 유속, g는 중력가속도, h는 높이이다.) ① 비정상 상태의 비압축성 유동으로 마찰손실이 발생한다. ② 비정상 상태의 압축성 유동으로 마찰손실이 발생한다. ③ 정상 상태의 비압축성 유동으로 마찰손실이 없다. ④ 정상 상태의 압축성 유동으로 마찰손실이 없다.
위 식은 베르누이 방정식으로, 유체의 에너지보존에 대한 정리이다.
베르누이 방정식에는 몇가지 가정이 있다.
1. 유체는 비압축성(밀도가 압력에 무관)
2. 유선이 겹치지 않아야 함.
3. 점성력이 없어야함.
4. 정상상태여야 함.
위 식에는 마찰에 의한 압력손실항이 없으므로 마찰손실은 고려하지 않은 식이다.
만약 마찰손실이 고려되었다면,
처럼, 한쪽에 마찰로인한 압력손실을 보정해주어야 균형이 맞게된다.
정답 : 3번
44. 다음 핵연료 배치로부터 레이놀즈 수를 구하기 위한 등가직경은? (단, 핵연료 중심간 거리는 2cm이며, 핵연료 지름은 1.2cm이다.) ① 2.573 cm ② 3.044 cm ③ 3.706 cm ④ 4.118 cm
레이놀즈 수는 무차원 상수로,
$$ Re = \frac{\rho D v}{\mu} $$
인데, 여기서 D는 일반적인 원통형 배관에서는 직경이지만, 원통형이 아닌 배관에서는 수력학적 직경($D_h$)를 적용해줘야 한다.
수력학적 직경은,
$$ D_h = \frac{4A}{p}$$
A : 유체가 흐르는 단면적
p : wetted parameter, 단면에서 유체와 닿아있는 선의 길이
문제의 그림에는 핵연료봉이 4개밖에 안그려져 있지만, 이 봉들은 거의 무한히 반복될 것이다. 이 핵연료봉들 안쪽을 연결한 사각형을 한 단위로 보면, 위 그림처럼 잘라낼 수 있다.
빨간색 선은 핵연료봉과 유체가 닿는 면적, 즉 p를 의미한다. 네 귀퉁이의 빨간선을 모두 더하면
$$ p = 1.2 \pi = 3.77 cm $$
안쪽 사각형 단면의 넓이( 봉이 차지하는 부분은 제외)
$$A = 2^2 - \pi (0.6)^2 = 2.78 cm^2 $$
따라서 수력학적 직경은
$$D_h = \frac{4 * 2.78}{3.77} = 3.04 cm$$
정답 : 2번
45. 다음 가압경수로형 원전의 발전소 제어계통과 제어기기가 잘못 연결된 것은? ① 원자로제어계통 : 제어봉 위치 ② 주급수제어계통 : 급수제어밸브, 주급수펌프 속도 ③ 가압기압력제어계통 : 가압기 히터 및 살수 ④ 증기우회제어계통 : 주증기격리밸브, 증기우회제어밸브
정답 : 4번
발전소제어계통 : 비안전등급으로, 급수제어계통, 증기우회제어계통, 원자로출력조절계통, 가압기 수위 제어계통, 가압기 압력제어계통 등으로 구성되어 주요 변수들이 제어영역 내에 유지되도록 제어함.
원자로제어계통은 원자로의 출력을 제어하기 위해, 제어봉를 작동시킨다.
주급수제어계통는 증기발생기의 수위를 일정하게 유지하기 위해 주급수밸브를 작동시킨다.
가압기압력제어계통은 압력을 일정하게 유지하기 위해 전열기와 살수밸브를 작동시킨다.
증기우회제어계통은 증기가 터빈을 우회하도록 터빈우회밸브를 제어한다.
주증기격리밸브는 증기발생기와 주증기관을 격리시키는 밸브인데, 이는 공학적안전설비작동계통에 의해 제어된다.
