귀여운 촌아의 작은상자

열역학 3-62.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 3-62

헐거운 뚜껑으로 닫힌 냄비에서 저항 가열기를 이용하여 물을 끓일 때, 줄어든 물의 질량을 이용하여 대기압을 계산한다.

가정: 냄비 내에는 순수한 물만 들어있다고 가정한다. 헐거운 뚜껑으로 닫힌 냄비의 내부는 대기압과 같은 값으로 일정하게 유지된다.

냄비 안의 온도는 균일하며 일정하게 끓고 있다.

풀이: 냄비가 헐거운 뚜껑으로 닫혀 있기 때문에 수증기는 냄비 밖으로 빠져나가고 내부의 압력은 대기압과 같은 상태를 유지한다.

30분 동안 냄비 안의 끓는 물, 즉 포화 물에 전달된 에너지는 다음과 같이 계산되고,

이 에너지는 위 과정에서 감소한 포화 물의 증발잠열이 된다. 따라서 냄비 속 포화 물의 증발엔탈피는 다음과 같다.

그러므로 부록의 압력에 대한 포화 물 표 Saturated water-Pressure table TABLE A-5를 참고하면 아래와 같고,

P [kPa]	hf [kJ/kg]	hfg [kJ/kg]	hg [kJ/kg]
75	384.44	2278.0	2662.4
100	417.51	2257.5	2675.0

표에 주어진 포화 물, 포화 수증기의 엔탈피 사이는 선형이라고 가정할 때 시행 착오(trial-error) 방법으로 압력을 구하면 다음과 같다.

3-45.docx

열역학 Thermodynamics 5th Edition.

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-Yunus A. Cengel

-Michael A. Boles

-부준홍 김덕줄 김세웅 김수현 신세현 이교우 정우남 최경민 공역

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문제 3-45

3-44.docx

열역학 Thermodynamics 5th Edition.

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-Yunus A. Cengel

-Michael A. Boles

-부준홍 김덕줄 김세웅 김수현 신세현 이교우 정우남 최경민 공역

McGraw-Hill

문제 3-44

냄비에 담겨 있는 물의 높이에 따른 물의 끓는 온도를 알아낸다.

가정: 냄비에는 순수한 물만 담겨 있고, 대기압은 일정하고 균일하다. 물의 밀도와 중력 가속도는 일정하고 균일하다고 가정한다.

풀이: 깊이가 5cm인 냄비 속의 물은 98℃에서 끓고 있으므로 아래와 같이 ees를 이용하면 냄비 바닥 면에서의 포화 압력은 다음과 같다.

따라서 5cm 깊이의 냄비 바닥의 포화 압력은 다음과 같다.

그러므로 대기압은 다음과 같이 계산되고,

깊이가 40cm인 냄비의 바닥 면에서의 압력은 다음과 같다.

그러므로 ees를 이용하여 포화온도를 구하면 다음과 같다.

3-43.docx

열역학 Thermodynamics 5th Edition.

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-Yunus A. Cengel

-Michael A. Boles

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문제 3-43

가정: 주어진 평균 대기압은 일정하고 균일하며, 냄비 안의 액체는 순수한 물이라고 가정한다.

풀이: 주어진 평균 대기압에서 포화 온도는 ees를 이용하여 구할 수 있다. 아래와 같이 Property Plot 아이콘을 선택하거나 메뉴의 Plots > Property Plot을 선택한다.

Property Plot Information 창에서 아래와 같이 원하는 유체를 찾아서 선택한 후

Type을 선택하고 주어진 압력에서의 값을 알아내기 위해 압력 값을 설정 한 후 OK를 선택한다.

아래와 같이 물에 대한 T-s 온도-엔트로피 선도를 얻을 수 있으며, 그래프를 우클릭 또는 더블클릭하거나 메뉴의 Plots > Modify Plot을 선택한다.

Modify Plot에서 주어진 압력을 선택한 후 Get Data를 선택하면 Lookup Table Name을 설정한다.

다음과 같이 선택한 선도에 대한 값을 얻을 수 있으며, 아래와 같이 주어진 압력에서 포화 온도를 구할 수 있다.

따라서 포화 온도는 다음과 같다.

3-41.docx

열역학 Thermodynamics 5th Edition.

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문제 3-41

고도 2000m에서의 표준대기압을 적용하여 문제 3-40을 다시 계산한다.

가정: 스테인리스 스틸 냄비 속에는 순수한 물만 끓고 있다. 기압과 냄비에 전달되는 열전달률은 일정하다. 냄비로 전달된 열은 모두 물로 전달된다.

풀이: 스테인리스 스틸 냄비 안의 물은 79.5kPa에서 끓고 있으므로 ees를 참고하면 주어진 압력에서 포화온도, 비체적, 증발엔탈피는 각각 다음과 같다.

냄비 속에서 증발된 물의 부피와 이에 따른 질량은 다음과 같고,

따라서 필요한 증발잠열은 다음과 같다.

그러므로 냄비로 전달된 열전달률은 다음과 같이 계산된다.

3-40.docx

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문제 3-40

전기 레인지 위의 스테인리스 스틸 냄비의 물이 끓고 있을 때, 낮아진 수면을 이용하여 냄비로 전달된 열전달률을 계산한다.

가정: 스테인리스 스틸 냄비 속에는 순수한 물만 끓고 있다. 기압과 냄비에 전달되는 열전달률은 일정하다. 냄비로 전달된 열은 모두 물로 전달된다.

풀이: 스테인리스 스틸 냄비 안의 물은 1기압 하에서 끓고 있으므로 압력에 대한 포화 물 표 TABLE A-5 Saturated water-Pressure table을 참고하면

포화압력과 포화온도, 비체적, 증발엔탈피는 각각 다음과 같다.

냄비 속에서 증발된 물의 부피와 이에 따른 질량은 다음과 같고,

따라서 필요한 증발잠열은 다음과 같다.

그러므로 냄비로 전달된 열전달률은 다음과 같이 계산된다.

3-38.docx

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문제 3-38

해면고도에서 전기 버너를 이용하여 스테인리스 스틸 냄비의 물을 끓일 때, 물의 증발률을 계산한다.

가정: 스테인리스 스틸 냄비에는 순수한 물만 들어있으며 끓는 상태이다. 해면고도에서는 1기압이며 101.325kPa이다.

풀이: 스테인리스 스틸 냄비 안의 물은 1기압 하에서 끓고 있으므로 압력에 대한 포화 물 표 TABLE A-5 Saturated water-Pressure table을 참고하면

포화압력과 포화온도, 증발엔탈피는 다음과 같다.

이때 버너에 의해 발생된 열의 60%가 비등하는 물에 전달되므로 물로 전달되는 에너지는 다음과 같고,

물의 증발률은 다음과 같이 계산된다.

열역학 2-85.docx

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문제 2-95

열역학 2-36.docx

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문제 2-36