열역학 Thermodynamics 5th Edition 연습문제 4-34
나의 풀이/열역학 2017. 7. 18. 13:08 |
열역학 4-34.docx열역학 Thermodynamics 5th Edition.
Fundamentals and Applications
-Yunus A. Cengel
-Michael A. Boles
-부준홍 김덕줄 김세웅 김수현 신세현 이교우 정우남 최경민 공역
McGraw-Hill
문제 4-34
포화액 상태의 물이 들어 있는 단열 피스톤-실린더 기구에 저항선에 의해 전류와 회전 날개에 의해 액체의 반이 기화 되었을 때,
전압을 계산하고 과정을 P-v 선도에 나타낸다.
가정: 피스톤-실린더 기구는 단열 및 밀폐되어 있고, 고정되어 운동 및 위치에너지 변화가 없다.
피스톤-실린더 기구의 마찰 및 열전달은 고려하지 않으며, 과정 동안 피스톤의 위치 및 운동에너지 변화는 없다고 가정한다.
전기에너지와 회전 날개의 일은 모두 열에너지로 변환되어 물에 전달된다.
피스톤-실린더 기구 내에는 순수한 물만 들어 있으며 준평형 과정으로 가정한다.
풀이: 피스톤-실린더 기구 내의 포화물을 계로 선택하면 피스톤-실린더 기구는 위치 및 운동에너지 변화는 없으므로
계의 에너지 변화는 내부에너지 변화만 있다. 계의 경계를 통과하는 질량은 없으며
피스톤-실린더 기구는 단열되어 있으므로 에너지 평형은 다음과 같다.
이때 주어진 과정은 준평형의 정압과정이므로 에너지 평형식은 다음과 같다.
처음 피스톤-실린더 기구 내에는 포화물만 들어 있으므로 부록의 압력에 대한 포화 물 표 TABLE A-5
Saturated water-Pressure table TABLE A-5를 참고하여 비체적과 엔탈피는 다음과 같다.
최종 상태에서 포화 물의 반이 기화 되었음으로 포화 물-수증기 혼합 상태이다.
그러므로 건도 x=0.5이며 비체적과 엔탈피는 다음과 같다.
최초 상태의 물의 부피와 비체적을 이용하여 물의 질량은 다음과 같이 계산된다.
따라서 계산된 값들을 에너지 균형식에 대입하여 계산하면 전원의 전압은 다음과 같이 계산된다.
마지막으로 위 과정은 EES를 이용하여 P-v 선도에 나타내면 다음과 같다.
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