레이놀즈수 관련 기출 · 풀이
136회 4교시 6번6. 화학공학개론
내경 3 cm인 원통형 파이프 A와 내경 6 cm인 원통형 파이프 B가 수평으로 직렬로 연결된 상태에서 두 파이프 내부를 물(밀도=1 g/cm³, 점도=1 cP)이 정상상태에서 흐르고 있을 때 다음 물음에 답하시오. (단, 파이프 A에서 물의 평균유속은 10 cm/s이다.) (1) 파이프 B에서 물의 평균유속을 구하시오. (2) 파이프 A와 파이프 B에서의 레이놀즈수를 구하시오. (3) 파이프 A와 파이프 B에서의 흐름의 층류 여부를 각각 판별하시오.
본 문제는 관로 내 유체 흐름에 대한 기본적인 이해를 묻는 문제이다. 파이프 직경 변화에 따른 유속 변화, 레이놀즈 수 계산, 그리고 층류/난류 판별을 요구한다. 연속 방정식과 레이놀즈 수 정의를 정확히 이해하고 적용하는 것이 중요하다. 단위 환산에 유의하며, 계산 과정을 명확하게 제시해야 고득점을 얻을 수 있다.
전체 해설 보기130회 3교시 1번6. 화학공학개론
화학 공정 유체(기체, 액체)를 배관(Pipe)을 통해서 이송할 경우에는 배관의 길이, 크기, 유체의 특성 등에 따라서 압력 강하 정도가 달라진다. 아래 매개변수(Parameters)를 이용하여 다음을 답하시오. D: 배관구경, ρ: 밀도, L: 배관길이, Q: 유량, μ: 점도, f: Darcy마찰계수, u: 유속, g : 중력 가속도, Re: 레이놀즈수, P: 압력, M: 질량, V: 부피 (단, 일정 온도 및 일정 질량, 일정 거리 이송으로 가정) (1) 압축성유체(이상기체) 흐름에서 레이놀즈수에 대한 식을 쓰고, 일정 거리를 이송하는 경우 기체 유량이 일정할 때, 시발점의 공급 압력의 변화(증감)에 따른 레이놀즈수의 변화에 대해서 수식으로 설명하시오. (단, 점도는 변화가 없다고 가정) (2) 비압축성유체(액체)인 경우에 관내 압력강하(Pressure Drop)를 구하는 계산식을 쓰고, 배관구경 변화로 인한 레이놀즈수, 유속 등에 따른 압력강하의 변화(증감)에 대하여 설명하시오.
본 문제는 압축성 및 비압축성 유체의 배관 내 흐름에서 압력 강하를 이해하고 계산하는 능력을 평가합니다. 압축성 유체의 경우 이상 기체 상태 방정식을 활용하여 압력 변화에 따른 레이놀즈 수 변화를 분석하고, 비압축성 유체의 경우 Darcy-Weisbach 방정식을 통해 배관 구경 변화가 압력 강하에 미치는 영향을 설명합니다. 유량, 밀도, 점도, 배관 길이, 구경 등의 매개변수가 압력 강하에 미치는 복합적인 영향을 파악하는 것이 중요합니다.
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