열역학 Thermodynamics 5th Edition 연습문제 4-39
나의 풀이/열역학 2017. 7. 23. 22:18 |
열역학 4-39.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 4-39
칸막이로 수증기와 포화 물-수증기 혼합물이 분리되어 있는 용기가 칸막이가 제거된 후
역학적, 열적 평형을 이루었을 때, 최종 상태의 건도와 손실된 열량을 계산한다.
가정: 용기와 칸막이에 의한 어떠한 에너지 손실 및 전달도 고려하지 않는다.
용기는 고정되어 운동 및 위치에너지 변화가 없다.
풀이: 칸막이 등은 고려하지 않고 용기 내부의 수증기와 포화 물-수증기를 계로 선택하면 계의 운동 및 위치에너지 변화가 없으므로
내부에너지 변화만 존재한다. 또한 계의 경계를 통과하는 질량은 없으며 체적은 일정하게 유지되므로 경계일도 존재하지 않는다.
따라서 선택된 계의 에너지 평형식은 다음과 같다.
이때 처음 상태는 칸막이에 의해 분리되어 있으므로 다음과 같다.
따라서 처음 상태에서 각각의 내부에너지와 비체적은 부록의 과열 수증기 표 TABLE A-6과
온도에 따른 포화 물 표 TABLE A-4를 참고하여 다음과 같이 구할 수 있다.
그러므로 용기의 체적은 다음과 같이 계산되며
용기의 체적과 질량이 일정하므로 최종 상태의 비체적은 전체 비체적과 같다.
(a) 이때 최종 상태의 압력을 알고 있으므로 압력에 대한 포화 물 표 TABLE A-5를 참고하여 비체적을 비교하면 다음과 같고,
따라서 최종 상태는 포화 물-수증기 혼합물 상태이며 최종 온도는 포화 온도가 되며, 건도는 다음과 같이 계산된다.
최종 상태에서 내부에너지 또한 압력에 대한 포화 물 표 TABLE A-5와 건도를 이용하여 다음과 같이 계산할 수 있다.
(b) 따라서 처음과 최종 상태에서 내부에너지를 각각 구하면 다음과 같고,
에너지 평형식에 대입하면 열전달량은 다음과 같다.
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