개념 한 쪽
과정·사이클 세트의 문항은 유체 상태량 계산으로 흐른다. 절대압력 합산, 체적탄성계수(음속과의 관계), 피토관 유속이 축이다.
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출제기준 단원 「과정과 사이클」의 공개 문제 2개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 압력 계산 | 1 | 용기 내 절대압력 구하기 |
| 유속 계산 | 1 | 피토관 압력차로 기체 유속 |
압력·체적 계산부터 잡는다. 밀폐 용기의 절대압력은 진공 압력을 대기압에서 빼고 남은 기체 성분의 분압을 더해 구한다(예: 약 125kPa). 체적탄성계수는 밀도와 음속의 제곱의 곱(K=ρc²)으로 구한다(예: 약 512MPa).
속도·압력 측정이 둘째 축이다. 피토관은 정체압력과 정압의 차로 유속을 구한다. 회전 용기 내 압력은 반지름 제곱에 비례해 증가한다. 비압축성 유체는 밀도가 일정한 유체이고, 뉴턴 유체는 점도가 일정하며 τ=μ du/dy가 성립한다. 경계층 두께는 흐름 방향을 따라 두꺼워진다. 임계속도는 레이놀즈 수가 임계값에 도달하는 속도로 층류·난류의 경계다. 상사 법칙에서 모형과 원형의 유속은 길이 비에 맞춰 정한다. 단위에서 압력은 N/m², 항력은 N로 서로 다르다.
출제 패턴은 세 가지다. ① 압력 — 분압 합산으로 절대압력을 구한다. ② 탄성 — K=ρc²로 체적탄성계수를 계산한다. ③ 측정 — 피토관 압력차로 유속을 구한다.
다음 중 비압축성 유체에 관하여 바르게 설명한 것은?
정답 ② · 비압축성 유체의 정의를 묻는 문제이다. 비압축성 유체란 유동 중 속도나 압력이 변화하더라도 밀도가 일정하게 유지되는 유체를 의미한다.
비압축성 유체는 속도나 압력 변화에 관계없이 밀도가 일정하게 유지되는 유체를 의미한다.
경계층에서 유동박리 현상이 발생하기 제일 어려운 조건은 어느 것인가?
정답 ④ · 경계층 박리가 발생하기 가장 어려운 조건을 고르는 문제이다. 박리는 역압력 구배, 즉 하류로 갈수록 압력이 증가하는 구간에서 유체가 감속되고 벽면 전단응력이 0이 되면서 발생한다.
순압력 구배는 유체에 추진력을 주어 경계층을 벽면에 밀착시키므로 박리가 가장 어렵다.
수두 차를 읽어 관내 유체의 속도를 측정할 때 역 U자관(inverted U tube) 액주계가 사용되었다면 그 이유는?
정답 ① · 역 U자관 액주계를 사용하는 이유를 묻는 문제이다. 일반적인 U자관 수은액주계는 측정 유체보다 비중이 큰 지시유체를 쓰는 반면, 역 U자관은 관내 유체보다 비중이 작은 지시유체를 위쪽에 채워 압력차를 측정하는 방식이다.
역 U자관 액주계는 측정 유체보다 비중이 작은 유체를 채워 수두차를 읽을 때 유체 혼합을 방지하고 정확한 압력차를 측정하기 위해 사용된다.
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