귀여운 촌아의 작은상자

열역학 2-49.docx

열역학 Thermodynamics 5th Edition.

Fundamentals and Applications

-Yunus A. Cengel

-Michael A. Boles

-부준홍 김덕줄 김세웅 김수현 신세현 이교우 정우남 최경민 공역

McGraw-Hill

문제 2-49

승용차가 가속하여 다른 차를 앞지르려고 할 때 추가해야 할 동력을 계산한다.

가정: 승용차에 추가되는 동력은 자동차의 운동에너지로 모두 변환된다.

승용차의 가속도는 일정하고 균일하다고 가정한다.

승용차에 작용하는 마찰 및 저항은 고려하지 않는다. 도로는 경사가 없는 직선 도로이다.

풀이: 승용차를 계로 설정하면 이 계의 에너지 균형은 다음과 같다.

따라서 승용차의 운동에너지 변화가 추가되어야 할 에너지이다.

승용차의 질량이 원래의 절반인 700kg이 되면 추가되어야 할 동력은 다음과 같다.

열역학 2-48.docx

열역학 Thermodynamics 5th Edition.

Fundamentals and Applications

-Yunus A. Cengel

-Michael A. Boles

-부준홍 김덕줄 김세웅 김수현 신세현 이교우 정우남 최경민 공역

McGraw-Hill

문제 2-48

쇼핑센터의 에스컬레이터 가동 최소 소비전력과 에스컬레이터 속도를 2배로 했을 때 최소 소비전력을 계산한다.

가정: 에스컬레이터는 정상 작동 상태이며, 마찰 및 저항은 고려하지 않는다.

에스컬레이터는 일정한 속력으로 움직이며 에스컬레이터 자체의 질량은 고려하지 않는다.

풀이: 문제에 주어진 조건에서 에스컬레이터가 짧은 시간 동안 이동시키는 질량은 다음과 같다.

에스컬레이터는 일정한 속력으로 움직이므로 운동에너지 변화는 없다. 이때 수직방향 속력은 다음과 같고

에스컬레이터는 사람들의 위치에너지를 증가시킨다. 사람들을 계로 설정하면 이 계는 닫힌계이고 이 계에 대한 에너지 균형은 다음과 같다.

그러므로 에스컬레이터를 가동하기 위한 최소 소비전력은 다음과 같이 계산된다.

이때 에스컬레이터의 속도가 2배로 되면 수직 상승 속도도 2배가 되며 최소 소비전력은 다음과 같이 계산된다.

열역학 2-47.docx

열역학 Thermodynamics 5th Edition.

Fundamentals and Applications

-Yunus A. Cengel

-Michael A. Boles

-부준홍 김덕줄 김세웅 김수현 신세현 이교우 정우남 최경민 공역

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문제 2-47

중앙난방시스템이 60W 팬을 이용하여 공기 순환시키고 있을 때, 덕트의 평균 유속을 계산한다.

가정: 팬은 정상 작동 상태이며, 마찰 및 기타 저항은 고려하지 않는다. 팬을 통과하는 공기의 운동 및 위치에너지 변화는 없다고 가정한다.

풀이: 정상 작동하는 팬을 포함하여 공기의 이동 방향에 수직하도록 검사 체적으로 설정하면 에너지 균형식은 다음과 같다.

마찰 및 저항이 없으므로 팬으로 전달된 에너지는 유체의 유동에너지로 전환된다. 따라서 위 식은 다음과 같다.

그러므로 덕트의 평균 유속은 다음과 같이 계산된다.

열역학 2-46.docx

열역학 Thermodynamics 5th Edition.

Fundamentals and Applications

-Yunus A. Cengel

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문제 2-46

가솔린 펌프의 소비전력을 이용하여 가솔린 펌프의 최대 체적유량을 계산한다.

가정: 펌프는 정상 작동 상태이며, 마찰 및 기타 저항은 고려하지 않는다. 펌프의 입구와 출구에서의 속도, 높이 변화는 무시하므로 유체의 운동, 위치에너지 변화는 무시하며 유체의 밀도는 일정하고 균일하다고 가정한다.

풀이: 정상 작동하는 펌프를 검사 체적으로 설정하면 에너지 균형식은 다음과 같다.

마찰 및 저항이 없으므로 펌프로 전달되는 에너지는 유체의 유동에너지로 전환된다. 따라서 위 식은 다음과 같다.

그러므로 펌프의 최대 체적유량은 다음과 같이 계산된다.

열역학 2-45.docx

열역학 Thermodynamics 5th Edition.

Fundamentals and Applications

-Yunus A. Cengel

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문제 2-45

물을 일정 높이로 운반하는 펌프의 소비전력을 계산한다.

가정: 펌프는 정상 작동 상태이며, 마찰 및 기타 저항은 고려하지 않는다. 물의 밀도는 일정하고 균일하다.

풀이: 물을 운반하는 펌프 전체를 검사 체적으로 설정하면 에너지 균형식은 다음과 같다.

펌프는 정상 작동 상태이므로 이 계의 에너지 변화는 0이되므로 위 식은 다음과 같다.

마찰 및 저항이 없으므로 펌프에 공급되는 전기에너지는 운반하는 물의 위치에너지로 전환된다.

따라서 펌프에 공급되어야 하는 최소 전력은 다음과 같다.

열역학 2-44.docx

열역학 Thermodynamics 5th Edition.

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문제 2-44

사각 덕트에 사용되는 팬의 최소 소비전력을 계산한다.

가정: 팬은 정상 작동 상태이며, 마찰 및 기타 저항은 고려하지 않는다. 공기의 밀도는 일정하고 균일하다.

풀이: 팬과 팬을 통해서 가속되는 공기의 방향에 수직하도록 검사 체적을 설정하면 에너지 균형식은 다음과 같다.

팬은 정상 작동 상태이므로 이 계의 에너지 변화는 0이되므로 위 식은 다음과 같다.

마찰 및 저항이 없으므로 팬에 공급되는 전기에너지는 공기의 운동에너지로 전환된다.

따라서 팬에 공급되어야 하는 최소 전력은 다음과 같다.

열역학 2-43.docx

열역학 Thermodynamics 5th Edition.

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문제 2-43

팬의 통해 가속되는 공기의 유량과 속도가 주어져 있을 때, 팬에 공급되어야 하는 최소 전력을 계산한다.

가정: 팬은 정상 작동 상태이며, 마찰 및 기타 저항은 고려하지 않는다. 팬 입구에서의 유속은 0m/s로 가정하며 공기의 밀도는 일정하고 균일하다.

풀이: 팬과 팬을 통해서 가속되는 공기의 방향에 수직하도록 검사 체적을 설정하면 에너지 균형식은 다음과 같다.

팬은 정상 작동 상태이므로 이 계의 에너지 변화는 0이되므로 위 식은 다음과 같다.

마찰 및 저항이 없으므로 팬에 공급되는 전기에너지는 공기의 운동에너지로 전환된다.

따라서 팬에 공급되어야 하는 최소 전력은 다음과 같다.

열역학 2-42.docx

열역학 Thermodynamics 5th Edition.

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-부준홍 김덕줄 김세웅 김수현 신세현 이교우 정우남 최경민 공역

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문제 2-42

초기 내부온도가 외부의 온도가 같고 여러가지 전기장치가 배치되어있는 방이 있을 때, 모든 전기장치가 가동될 때 방안의 에너지 증가율을 구한다.

가정: 방의 벽을 통한 열전달은 없으며, 전기장치를 제외하고 방으로 유입, 유출되는 에너지와 질량은 없다고 가정한다.

풀이: 문제에 주어진 방을 계로 설정하면, 이 계의 에너지 균형식은 다음과 같다.

따라서 유입되는 에너지는 다음과 같고,

유출되는 에너지는 없으므로 에너지 증가율은 1410W이다.

열역학 2-41.docx

열역학 Thermodynamics 5th Edition.

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문제 2-41

열역학 2-40.docx

열역학 Thermodynamics 5th Edition.

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문제 2-40

창고의 형광등 설비에 동작 센서를 설치하여 절약할 수 있는 에너지와 경비를 구하고, 센서 설치 비용의 단순 회수 기간을 계산한다.

가정: 동작 센서가 소비하는 전력은 고려하지 않는다.

풀이: 창고에 사용되는 형광등은 총 24개이며, 매일 12시간의 가동 시간에서 동작 센서로 인해 하루 3시간만 가동되게 된다.

따라서 매일 9시간의 가동 시간을 절약하게 되며 연간 절약하게 되는 에너지는 다음과 같다.

그러므로 연간 절약되는 경비는 다음과 같다.

센서 구매 비용과 설치 비용은 $32+$40이므로 단순 회수 기간은 다음과 같다.