귀여운 촌아의 작은상자

열역학 4-35.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 4-35

수증기가 들어 있는 피스톤-실린더 기구가 최초 응축을 일어날 때까지 냉각될 때,

수증기의 질량, 최종 온도, 열전달량을 계산한다.

가정: 피스톤-실린더 기구는 잘 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. 

피스톤-실린더 기구 내에는 순수한 물만 들어 있으며 준평형 과정으로 가정한다.

풀이: 피스톤-실린더 기구 내의 수증기를 계로 선택하면 피스톤-실린더 기구는 운동 및 위치에너지 변화가 없으므로

계의 에너지 변화는 내부에너지 변화만 있다. 계의 경계를 통과하는 질량은 없으며 움직이는 경계에 의한 경계일이 있으며

계의 경계를 통과하여 외부로의 열전달이 있다. 따라서 에너지 평형식은 다음과 같다.

이때 주어진 과정은 준평형의 정압과정이므로 에너지 평형식은 다음과 같다.

최종 상태는 수증기가 최초로 응축될 때이므로 포화 수증기 상태이며, 따라서 최초 상태의 수증기는 과열증기이다.

그러므로 부록의 과열 수증기 표 TABLE A-6 Superheated water TABLE A-6을 참고하여 비체적과 엔탈피를 구하면 다음과 같다.

(a) 비체적을 이용하여 수증기의 질량을 계산하면 다음과 같다.

(b) 최종 상태는 포화 수증기 상태이므로 최종 온도는 주어진 압력에서의 포화 온도이다.

따라서 부록의 압력에 따른 포화 물 표 TABLE A-5 Saturated water-Pressure table TABLE A-5를 참고하여

포화 온도, 비체적 그리고 엔탈피를 구하면 다음과 같다.

(c) 그러므로 에너지 평형식에 대입하여 열전달량을 계산하면 다음과 같다.

위에서 구한 값들을 이용하여 T-v 선도에 나타내면 다음과 같다.

열역학 4-27.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 4-27

R-134a가 들어있는 견고한 용기에 열을 가하여 특정 압력에 도달했을 때,

냉매의 질량과 열전달량을 계산하고 P-v 선도에 나타낸다.

가정: 견고한 용기는 잘 밀폐되어 있고 체적은 일정하며, 순수한 R-134a만 들어 있다.

견고한 용기는 고정되어서 운동에너지 변화와 위치 에너지 변화는 없다.

용기로의 열전달은 고려하지 않는다.

풀이: 주어진 견고한 용기와 R-134a 전체를 계로 선택하면

과정 동안에 계의 경계를 통과하는 질량이 없으므로 이 계는 밀폐계라고 할 수 있다. 

또한 용기의 체적은 일정하므로 경계일은 없다.

따라서 이 고정 밀폐계의 에너지 변화는 유입된 열에너지만 있으며,

이는 R-134a의 내부 에너지 변화와 같다. 그러므로 계의 에너지 평형은 다음과 같다.

이때 R-134a의 건도가 처음 상태에 주어져 있으므로 포화액-증기 혼합 상태이다.

따라서 부록의 압력에 대한 포화 R-134a 표 TABLE A-12 Saturated refrigerant-134a-Pressure table TABLE A-12를

참고하면 주어진 압력에서 비체적은 다음과 같다.

(a) 따라서 용기 속의 R-134a 냉매의 질량은 다음과 같이 계산된다.

견고한 용기의 체적과 R-134a의 질량은 일정하므로 최종 상태의 압력과 비체적을

압력에 대한 포화 R-134a 표 TABLE A-12 Saturated refrigerant-134a-Pressure table TABLE A-12를

참고하여 주어진 압력에 대한 비체적을 비교하면 다음과 같으므로

R-134a의 최종 상태는 과열증기 상태이다. (b) 이때 용기로 전달된 열전달량은

R-134a의 내부 에너지 변화와 같으므로 압력에 대한 포화 R-134a 표 TABLE A-12

Saturated refrigerant-134a-Pressure table TABLE A-12를 참고하여 최초 상태의 내부 에너지는 다음과 같고,

과열 R-134a 증기표 TABLE A-13 Supertheated refrigerant-134a TABLE A-13를

참고하거나 EES를 이용하여 최종 상태의 내부 에너지는 다음과 같다.

그러므로 열전달량은 다음과 같이 계산된다.

EES를 이용하여 주어진 과정은 P-v 선도에 나타내면 다음과 같다.

열역학 3-118.docx

열역학 Thermodynamics 5th Edition.

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-부준홍 김덕줄 김세웅 김수현 신세현 이교우 정우남 최경민 공역

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문제 3-118

견고한 용기에 들어있는 질소가 일정 압력이 될 때까지 방출 될 때, 방출된 질소량을 계산한다.

가정: 용기의 체적은 항상 일정하다.

풀이: 부록의 몰 질량, 기체 상수와 임계점의 상태량 표 Molar mass, gas constant, and critical-point properties TABLE A-1를 참고하여

질소의 기체상수, 임계 온도와 임계 압력은 다음과 같고,

환산 온도와 환산 압력을 고려하면 견고한 용기 내의 질소는 이상기체로 가정할 수 있다.

따라서 이상기체 방정식을 이용하여 방출 전후의 질소 질량은 다음과 같이 계산된다.

그러므로 방출된 질소량은 다음과 같다.

열역학 3-69.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 3-69

온도와 압력이 일정한 기구 내의 헬륨의 질량과 몰 수를 계산한다.

가정: 주어진 상태의 헬륨 기체는 이상기체로 가정한다.

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

헬륨의 기체 상수와 몰 질량은 다음과 같다.

문제에 주어진 헬륨 기체의 부피는 다음과 같고,

이상기체 상태 방정식을 이용하여 몰 수를 계산하면 다음과 같다.

따라서 헬륨의 질량은 다음과 같다.

3-50.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 3-50

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.

열역학 1-8.docx

열역학 Thermodynamics 5th Edition.

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-부준홍 김덕줄 김세웅 김수현 신세현 이교우 정우남 최경민 공역

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문제 1-8

실내에 있는 공기의 질량과 중량을 구한다.

가정: 공기의 밀도는 균일하고 일정하다. 중력 가속도 g는 균일하고 일정하다.

풀이: 실내에 들어 있는 공기의 질량은 다음과 같다.

따라서 이 공기의 중량은 다음과 같다.