귀여운 촌아의 작은상자

열역학 4-49.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 4-49

질소의 온도 변화에 따른 엔탈피 변화를 문제에 주어진 조건에 대하여 계산한다.

가정: 질소는 주어진 과정에서 이상기체이다. 문제에 주어진 조건 외의 다른 조건은 고려하지 않는다.

풀이: 먼저 부록의 몰 질량, 기체 상수 그리고 임계점 특성 TABLE A-1 Molar mass, gass constant, and critical-point properties TABLE A-1을 참고하면

질소의 몰 질량은 다음과 같다.

(a) 부록의 여러 기체의 이상기체 비열 TABLE A-2 Ideal-gas specific heats of various common gases TABLE A-2 중

(c) 온도에 따른 함수 (c) As a fuction of temperature를 참고하면 온도에 따른 질소 이상기체 정압 비열식은 다음과 같다.

이를 온도에 대해 주어진 과정에서 적분하면 다음과 같다.

따라서 각각의 값을 대입하여 몰당 엔탈피 변화를 계산하면 다음과 같다.

그러므로 단위 질량 당 엔탈피 변화는 다음과 같다.

(b) 주어진 과정에서 평균 온도는 800K이므로 표 A-2b를 참고하면 질소의 정압 비열은 다음과 같고,

엔탈피 변화는 다음과 같이 계산된다.

(c) 상온, 즉, 300K에서 질소의 정압 비열은 표 A-2a를 참고하면 다음과 같고,

엔탈피 변화는 다음과 같다.

열역학 3-58.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 3-58

압축액을 포화액으로 근사하여 비체적, 내부에너지, 엔탈피를 구하고 압축액 표의 값과 비교한다.

가정: 주어진 유체는 순수한 물이다.

풀이: 먼저 부록의 온도에 대한 포화 물 표 Saturated water-Temperature table TABLE A-4를 참고하면 포화 압력은 아래와 같다.

그러므로 주어진 물의 상태는 압축액 상태이며 이를 표화액으로 근사하면 비체적과 내부에너지, 엔탈피는 다음과 같다.

이제 부록의 물에 대한 압축액 표 Compressed liquid water TABLE A-7을 참고하면 주어진 조건에서 압축액의 비체적, 내부에너지, 엔탈피는 다음과 같다.

각각의 값의 오차를 계산하면 다음과 같다.

열역학 3-56.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 3-56

일정량의 물이 들어있는 피스톤 실린더 기구에 물이 모두 증발할 때까지 열이 전달될 때,

물의 질량과 최종 온도, 총 엔탈피 변화를 계산하고, 과정을 T-v 선도에 나타낸다.

가정: 피스톤-실린더 기구 내부에는 순수한 물만 들어 있다.

피스톤-실린더 내부의 압력은 일정하게 유지된다. 피스톤-실린더는 밀폐되어 있다.

풀이: 부록의 압력에 대한 포화 물 표 Saturated water-Pressure table TABLE A-5를 참고하면 주어진 압력에서 포화 온도는 다음과 같고,

따라서 압축액 상태이다. 따라서 주어진 온도 및 압력에서의 비체적은 EES를 이용하여 다음과 같이 구할 수 있다.

(a) 그러므로 물의 질량은 다음과 같다.

(b) 압력은 일정하게 유지되므로 물이 모두 증발했을 때의 최종 온도는 주어진 압력에서의 포화 온도가 되므로 다음과 같다.

(c) EES 또는 부록을 참고하면 처음 상태와 최종 상태에서의 엔탈피는 다음과 같다.

 

그러므로 총 엔탈피 변화는 다음과 같이 계산된다.

(d) 주어진 피스톤 실린더 내부의 과정은 다음과 같다.

따라서 T-v 선도에 나타내면 다음과 같다.

추가: 물은 대표적은 비압축성 유체로 T-v(온도-비체적) 선도의 포화액 선에 매우 근접해 있다.

추가: EES를 이용하지 않는다면 압축액은 포화액으로 근사하고 비압축성 유체로 가정한다.

따라서 비체적은 부록의 온도에 대한 포화 물 표 Saturated water-Temperature table TABLE A-4를 참고하여 다음과 같고,

가열되기 전의 엔탈피는 다음과 같이 근사할 수 있다.

3-54.docx

열역학 Thermodynamics 5th Edition.

Fundamentals and Applications

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-Michael A. Boles

-부준홍 김덕줄 김세웅 김수현 신세현 이교우 정우남 최경민 공역

McGraw-Hill

문제 3-54

과열 수증기가 체적이 일정한 상태로 냉각될 때, 압력과 건도, 총 엔탈피를 계산한다.

가정: 물의 과열증기는 체적과 질량이 일정하게 유지된다.

풀이: 과열 수증기는 부록의 과열 수증기 표 Superheated water TABLE A-6을 참고하여 1.4MPa, 250℃에서 비체적과 엔탈피는 다음과 같고,

부록의 포화 물 표 Saturated water-Temperature table TABLE A-4를 참고하면 120℃에서의 비체적과 엔탈피는 다음과 같다.

이때 비체적은 일정하게 유지되므로 120℃까지 냉각되었을 때 포화 액-증기 혼합상태임을 알 수 있다.

(a) 그러므로 압력은 120℃에서의 포화 압력이 된다.

(b) 건도는 다음과 같이 계산된다.

(c) 엔탈피는 다음과 같이 계산된다.

위 과정을 T-v 선도에 나타내면 다음과 같다.

3-50.docx

열역학 Thermodynamics 5th Edition.

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-Michael A. Boles

-부준홍 김덕줄 김세웅 김수현 신세현 이교우 정우남 최경민 공역

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문제 3-50

견고한 용기에 일정 질량, 압력의 물이 들어 있을 때, 온도와 총 엔탈피, 각 상의 질량을 계산한다.

가정: 평형 상태이며, 용기의 체적은 일정하고 밀폐되어 있다.

풀이: 용기 내에 있는 물의 비체적은 다음과 같다.

이때 부록의 압력에 대한 포화 물 표 Saturated water-Pressure table TABLE A-5를 참고하면

150kPa에서의 포화 증기와 포화 액의 비체적과 엔탈피는 다음과 같고,

(a) 용기의 물의 비체적은 두 값 사이의 값이므로 포화 수증기-물 혼합 상태이다. 그러므로 온도는 포화 온도가 되므로 다음과 같다.

주어진 포화 수증기-물 혼합물의 건도는 다음과 같이 계산되고,

(b) 총 엔탈피는 다음과 같이 계산된다.

(c) 각 상의 물의 질량은 다음과 같다.

3-35.docx

열역학 Thermodynamics 5th Edition.

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-Michael A. Boles

-부준홍 김덕줄 김세웅 김수현 신세현 이교우 정우남 최경민 공역

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문제 3-35

피스톤의 질량이 일정하고 자유롭게 움직일 수 있는 피스톤-실린더 장치의 R-134a에 열이 전달될 때,

최종 압력과 실린더 체적 변화, 엔탈피 변화를 계산한다.

가정: 피스톤과 실린더 사이의 마찰은 고려하지 않는다. 대기압과 중력 가속도는 일정하고 균일하다.

풀이: 먼저 대기압과 피스톤의 질량에 의해 실린더 내부의 R-134a에 가해지는 압력은 다음과 같이 계산된다.

(a) 피스톤은 자유로이 움직일 수 있으므로 실린더 내부의 압력은 항상 일정하다. 따라서 최종압력은 다음과 같다.

열이 가해지기 전에 부록의 온도에 대한 포화 R-134a 표 TABLE A-11을 참고하면 주어진 온도에서 포화압력은 다음과 같다.

실린더 내부의 압력은 포화압력보다 낮으므로 과열증기 상태이다. 하지만 주어진 과열증기표에는 해당 압력에 대한 상태량 값이 없으므로 ees를 참고한다.

메뉴에서 예제 EES Example Problems의 Properties, thermodynamic을 선택한 뒤

아래와 같이 상태량 계산기 Property calculator를 실행한다.

Select a fluid 탭에서 구하고자 하는 유체인 R-134a를 선택한 뒤

압력과 온도를 입력하고 계산 Calculate를 선택한다.

계산 완료 메시지 출력 후

아래와 같이 주어진 압력, 온도에서 상태 및 상태량을 알 수 있다.

따라서 가열하기 전과 후의 압력과 온도에 대한 비체적과 엔탈피는 각각 다음과 같다.

(b) 그러므로 가열 전과 후의 체적 변화는 다음과 같이 계산된다.

(c) 피스톤-실린더 장치 내의 R-134a의 엔탈피 변화는 다음과 같이 계산된다.