개념 한 쪽
풍차는 구조와 방향 제어 방식에 따라 여러 형태로 분류된다. 대표적으로 미국형과 유럽형이 있으며, 풍속 변화에 대응하는 제어 방법으로 깃 각도 조절 등이 사용된다.
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출제기준 단원 「풍차의 종류 및 특성」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 열전달량 계산 | 1 | 열통과율과 전열면적, 온도차로 방열량을 계산하는 방법을 묻는다 |
| 냉각수 유량 계산 | 1 | 기관의 총발열량과 냉각수로 전달되는 비율로 냉각수 유량을 구하는 절차를 묻는다 |
| 회전력(토크) 계산 | 1 | 출력과 회전수로부터 엔진의 토크를 계산하는 공식을 적용하도록 묻는다 |
미국형 풍차는 후단에 방향 날개를 달아 풍차축의 방향을 자동으로 맞추는 방식이다. 방향 날개가 풍향을 따라 정렬되어 회전축을 바람 방향으로 유도하는 구조적 특징을 가진다.
유럽형 풍차는 보조 풍차 또는 소형 터빈이 설치되어 주로 그 보조 장치의 회전에 의해 전체 풍차의 방향을 맞추는 방식이다. 이 보조 풍차의 회전 상태로 주 풍차의 방향을 조정하는 메커니즘이 유럽형의 핵심 특성이다.
풍차의 회전수 유지 및 출력 제어에는 깃의 각도 제어가 효과적이다. 바람 방향 변화나 풍속 변화에 대해 깃 각도를 조절하면 회전수를 일정하게 유지하거나 과속을 방지할 수 있다. 전반적으로 형태별 특징과 제어 수단을 구별하여 이해하는 것이 중요하다.
풍속이 감소하면 날개의 영각이 감소하고 그 결과로 흡수동력이 줄어드는 경향이 있다. 문제에서는 이러한 일반 원리를 바탕으로 제시된 여러 설명 중 정의적 특징과 기술적 서술을 구분하여 옳고 그름을 판단해야 한다.
문항에서 미국형과 유럽형의 방향 조절 방식을 묻는다면 '미국형=후단 방향 날개', '유럽형=보조 풍차'라는 키워드로 바로 구분한다. 깃 각도 조절이 회전수 유지에 유용하다는 설명은 전형적인 설명이므로 관련 보기에서 이를 확인하면 정답 도출에 유리하다.
엔진내 연소가스 온도가 1,500℃이고 냉각수의 온도가 80℃ 실린더의 전열면적이 1.538m²일 때 이 기관의 방열량은 몇 kcal/h인가? (단, 열통과율 K=217.4kcal/m²h℃이다. 소수점이하 반올림)
정답 ④ · 열통과율 공식 Q = K × A × ΔT 를 사용한다. 방열량 Q = 217.4 kcal/m²h℃ × 1.538 m² × (1500℃ - 80℃) 이다.
방열량 Q는 열통과율 K, 전열면적 A, 온도차 ΔT의 곱으로 계산되며, Q=K×A×(T_gas-T_coolant) 공식을 적용한다.
방열기의 입구 온도 80℃, 출구 온도 60℃, 냉각수의 비열 1 kcal/kgf, 연료의 저위 발열량 10000 kcal/kgf, 기관의 연료소비율 20 kgf/h 이고 총 발열량중 냉각수로 전달되는 열량의 비율이 25%라면 이 기관의 냉각수 유량은 몇 kgf/h 인가?
정답 ③ · 기관의 총 발열량은 연료소비율 × 저위발열량 = 20 kgf/h × 10000 kcal/kgf = 200,000 kcal/h 이다. 냉각수로 전달되는 열량은 총 발열량의 25%이므로 50,000 kcal/h 이다.
냉각수 열량 Q = 총발열량 × 0.25이므로, 유량 G = Q / (비열 × 온도차)로 계산하면 2,500 kgf/h가 된다.
디젤 기관의 전부하에 있어서 1850 rpm 인 경우의 출력을 110 PS 라 하면 토크는 얼마인가?
정답 ④ · 엔진의 출력, 토크, 회전수 사이의 관계를 이용하는 문제입니다. 출력(P)과 토크(T), 회전각속도(ω)의 관계는 P = T × ω 이며, ω = 2πN/60 입니다.
토크(T)=P/(2πN/60) 공식에 PS를 W로, rpm을 rad/s로 환산하여 계산하면 kgf·m 단위로 약 42.6이 된다.
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