귀여운 촌아의 작은상자

열역학 4-63.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 4-63

단열된 피스톤-실린더 기구에 들어 있는 이산화탄소가 일정한 압력 하에서 전기 저항 가열기에 의해서 가열될 때,

전기 저항 가열기를 통과하는 전류를 계산한다.

가정: 피스톤-실린더 기구는 밀폐 및 단열되어 있고, 고정되어 있다. 피스톤의 운동 및 위치에너지 변화는 없으며,

주어진 과정은 내부 압력이 일정한 정압 준평형 과정이다. 전기 저항 가열기로 전달되는 전기에너지는 모두 열 에너지로 전환되며,

열 에너지는 일정하고 균일하게 이산화탄소에 전달된다.

풀이: 피스톤-실린더 기구 내의 이산화탄소를 계로 선택하면 운동 및 위치에너지 변화는 없고, 계의 경계를 통과하는 질량은 없다. 

주어진 과정은 정압 준평형 과정이며 계의 경계를 통과하는 에너지는 전기에너지만 존재하므로 에너지 평형은 다음과 같다.

이때 주어진 과정은 정압과정이므로 총 내부에너지와 경계일 사이의 관계식은 다음과 같으므로

에너지 평형식은 다음과 같다.

또한 피스톤-실린더 기구 내의 이산화탄소를 이상기체라고 가정할 때, 처음과 나중 상태의 온도는 다음과 같이 계산되며,

이산화탄소의 기체상수를 부록의 TABLE A-1을 참고하고, 이상기체 방정식을 이용하여 질량을 계산하면 다음과 같다.

이산화탄소의 몰 질량은 TABLE A-1을 참고하여 아래와 같으므로

부록의 이산화탄소에 대한 이상기체 특성표 TABLE A-20 Ideal-gas properties of carbon dioxide TABLE-A-20를 참고하면

처음과 나중 온도에서의 엔탈피는 다음과 같다.

그러므로 과정 동안 전달된 전기 에너지는 다음과 같이 계산된다.

그러므로 과정 동안 전기 저항 가열기를 통과하는 전류는 다음과 같이 계산된다.

열역학 3-105.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 3-105

파이프를 통해 정상유동하고 있는 이산화탄소의 체적유량, 질량유량, 밀도 및 출구에서 체적유량을 계산한다.

가정: 파이프를 통과하는 이산화탄소는 이상기체로 가정할 수 있다.

풀이: 먼저 부록의 몰 질량, 기체 상수와 임계점 물성치 Moral mass, gas constant, and critical-point properties TABLE A-1을 참고하여

이산화탄소의 기체 상수와 몰질량을 구하면 다음과 같고,

(a) 질량 유량은 다음과 같이 계산된다.

따라서 이상기체 방정식을 이용하여 체적유량을 계산하면 다음과 같이 계산된다.

그러므로 밀도는 다음과 같다.

(b) 파이프 내에서 압력은 일정하므로 출구에서 체적유량은 다음과 같이 계산된다.

열역학 3-89.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 3-89

일정한 질량 유량의 이산화탄소가 파이프를 통과하면서 냉각될 때, 이상기체 방정식과

일반화된 압축성 도표를 이용한 입구에서의 체적유량과 밀도, 출구에서의 체적유량을 계산한다.

가정: 파이프를 통한 이산화탄소의 압력과 질량유량은 일정하며 이산화탄소는 이상기체로 가정한다.

풀이: 부록의 몰 질량, 기체 상수와 임계점 물성치 Moral mass, gas constant, and critical-point properties TABLE A-1을 참고하여

이산화탄소의 기체 상수와 임계점은 다음과 같다.

(a) 주어진 상태에서 이산화탄소를 이상기체라고 할 때, 입구에서 비체적은 다음과 같이 계산되고,

출구에서 비체적은 다음과 같이 계산된다.

따라서 입구에서의 체적유량과 밀도는 다음과 같이 계산되며,

출구에서의 체적유량은 다음과 같다.

(b) 부록의 일반화된 압축성 도표인 Nelson-Obert generalized compressibility chart FIGURE A-15를 사용하기 위해 입구에서의

환산온도와 환산압력을 계산하면 다음과 같고,

낮은 환산압력에 대한 도표인 FIGURE A-15 (a)참고하면 압축성 인자값은 다음과 같다.

출구에서의 환산온도와 환산압력은 다음과 같고,

낮은 환산압력에 대한 도표인 FIGURE A-15 (a)참고하면 압축성 인자값은 다음과 같다.

그러므로 입구에서의 체적유량과 밀도는 다음과 같이 계산되며,

출구에서의 체적유량은 다음과 같다.

일반화된 압축성 도표의 값을 기준으로 이상기체 방정식 값의 오차를 구하면 다음과 같다.

추가: EES를 이용하여 압축성 인자를 구하면

EES의 임계점을 구하는 함수 P_crit(), T_crit()와 압축성 인자를 구하는 COMPRESS() 함수를 이용하여 다음과 같이 구할 수 있다.

추가: COMPRESS() 함수의 경우 입력 인자를 반드시 COMPRESS(환산온도, 환산압력)와 같이 입력해야 한다.

열역학 3-88.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 3-88

이산화탄소를 이상기체로 다룰 때 오차를 계산한다.

가정: 주어진 압력과 온도는 일정하며 이산화탄소는 이상기체로 가정한다.

풀이: 부록의 몰 질량, 기체 상수와 임계점 물성치 Moral mass, gas constant, and critical-point properties TABLE A-1을 참고하여

이산화탄소의 기체 상수와 임계점은 다음과 같다.

부록의 일반화된 압축성 도표인 Nelson-Obert generalized compressibility chart FIGURE A-15를 사용하기 위해

환산온도와 환산압력을 계산하면 다음과 같고,

낮은 환산압력에 대한 도표인 FIGURE A-15 (a)참고하면 압축성 인자값은 다음과 같다.

부록에는 이산화탄소에 대한 상태량 표가 없으므로 이상 기체 상태 방정식을 이용하여 비체적을 계산하면 각각 다음과 같다.

따라서 오차는 다음과 같이 계산된다.

그러므로 오차는 19.8% 이다.

이때 EES를 이용하여 이산화탄소의 비체적을 구하면 다음과 같고

따라서 오차는 다음과 같이 계산된다.

열역학 2-84.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 2-84

열역학 2-83.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 2-83

열역학 2-82.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 2-82

열역학 2-81.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 2-81