귀여운 촌아의 작은상자

열역학 4-114.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 4-114

R-134a 액체와 기체가 섞여 있는 피스톤-실린더 기구에 증기만 남을 때까지 열이 전달될 때,

최초 체적과, 행한 일, 총 열전달량을 계산한다.

가정: 피스톤 실린더 기구는 밀폐 및 고정되어 있어 운동 및 위치에너지 변화와 마찰이 없다.

주어진 과정은 준평형 과정이다.

풀이: 피스톤 실린더 기구 내부의 R-134a를 계로 선택하면 계의 경계를 통해 R-134a로 전달되는 열만 있는 정압 팽창 과정이다.

따라서 주어진 계의 에너지 평형식은 아래와 같다.

처음 피스톤-실린더 기구 안에는 총 질량의 75%가 액체이므로 포화액-증기 혼합 상태이며 건도가 아래와 같다.

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

비체적과 엔탈피는 아래와 같고,

(a) 최초 체적은 아래와 같이 계산된다.

이제 피스톤-실린더 기구에 증기만 남을 때까지 열이 전달되므로 R-134a의 최종 상태는 포화 증기 상태이다.

그러므로 최종 상태에서의 R-134a의 체적은 아래와 같다.

(b) 그러므로 행해진 일은 아래와 같이 계산된다.

이때 처음과 최종 상태의 엔탈피는 아래와 같으므로

(c) 과정동안 R-134a로 전달된 총 열량은 아래와 같이 계산된다.

열역학 4-39.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 4-39

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.

열역학 3-57.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 3-57

물의 액체-증기 포화 혼합물이 들어있는 용기가 임계상태에 도달할 때까지 가열될 때, 최초 상태에서 액체의 질량과 체적을 계산한다.

가정: 용기 내에는 순수한 물만 들어있으며 용기의 체적은 일정하다.

풀이: 처음에 용기 내에는 150℃의 포화 물-증기 혼합 상태이므로 포화 압력과 비체적은

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

물의 임계 온도와 임계 압력, 임계 비체적은 다음과 같다.

그러므로 용기 내에 물의 전체 질량은 다음과 같이 계산되고,

최초 상태에서 포화 물-증기 혼합 상태의 전체 비체적은 다음과 같다.

따라서 최초 상태의 용기 내 건도는 다음과 같이 계산된다.

그러므로 액체의 질량과 체적은 다음과 같다.

열역학 3-33.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 3-33

물 H2O에 대한 내부에너지 Internal energy와 상태, 상태량을 구한다.

풀이: 부록 TABLE A-5의 압력에 대한 포화 물 표 Saturated water-Pressure table을 참고하면

주어진 압력에 대한 포화액과 포화증기의 내부에너지는 다음과 같고,

주어진 내부에너지는 포화액과 포화증기의 내부에너지 사이에 있는 값이므로 포화 액-증기 혼합 상태이다.

따라서 온도는 포화온도가 되며, 부록 TABLE A-5의 압력에 대한 포화 물 표 Saturated water-Pressure table을 참고하여 다음과 같다.

문제에 주어진 물은 포화증기 상태이므로 부록 TABLE A-4의 온도에 대한 포화 물 표 Saturated water-Temperature table을 참고하면

주어진 온도에 대한 포화압력과 내부에너지는 다음과 같다.

상태이므로 부록 TABLE A-4의 온도에 대한 포화 물 표 Saturated water-Temperature table을 참고하면

주어진 온도에 대한 포화압력은 다음과 같고,

주어진 압력은 포화압력보다 높으므로 압축액 상태이다.

부록의 TABLE-7의 물에 대한 압축액 Compressed liquid water 표에 주어진 압력보다 낮고,

내부에너지는 압력의 영향을 크게 받지 않으므로 포화액으로 근사하여 내부에너지를 구한다.

부록 TABLE A-5의 압력에 대한 포화 물 표 Saturated water-Pressure table을 참고하면

주어진 압력에 대한 포화증기의 내부에너지는 다음과 같고,

문제에 주어진 내부에너지는 포화증기의 내부에너지보다 크므로 과열증기 상태라고 할 수 있다.

따라서 TABLE A-6의 과열 수증기 Superheated water 표를 참고하면 주어진 압력과 내부에너지에서 온도는 다음과 같다.

'

표에 주어진 두 상태량 사이는 선형으로 가정하여 온도를 계산하면 다음과 같다.

열역학 3-32.docx

열역학 Thermodynamics 5th Edition.

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-부준홍 김덕줄 김세웅 김수현 신세현 이교우 정우남 최경민 공역

McGraw-Hill

문제 3-32

물 H2O에 대한 비체적 Specific volume과 상태, 상태량을 구한다.

풀이: 부록 TABLE A-4의 온도에 대한 포화 물 표 Saturated water-Temperature table을 참고하면

주어진 온도에 대한 포화액과 포화증기의 비체적은 다음과 같다.

문제에 주어진 비체적은 두 상태량 사이의 값이므로 포화 액-증기 혼합 상태이다. 따라서 포화압력은 다음과 같다.

포화액의 상태로 주어져 있으므로 부록 TABLE A-5의 압력에 대한 포화 물 표 Saturated water-Pressure table을 참고하면

주어진 압력에 대한 포화온도와 비체적은 다음과 같다.

부록 TABLE A-4의 온도에 대한 포화 물 표 Saturated water-Temperature table을 참고하면

주어진 온도에 대한 포화압력은 다음과 같고,

문제에 주어진 압력이 포화압력보다 높으므로 압축액 상태이며, 포화액으로 근사화하여 비체적은 다음과 같다.

부록 TABLE A-4의 온도에 대한 포화 물 표 Saturated water-Temperature table을 참고하면

주어진 온도는 포화 물 표를 벗어나며 TABLE A-6의 과열 증기 Superheated water 표를 참고하여

온도 500℃, 비체적 0.14m3/kg에서 압력을 찾으면 다음과 같다.

열역학 3-30.docx

열역학 Thermodynamics 5th Edition.

Fundamentals and Applications

-Yunus A. Cengel

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-부준홍 김덕줄 김세웅 김수현 신세현 이교우 정우남 최경민 공역

McGraw-Hill

문제 3-30

R-134a에 대한 내부에너지 및 상태, 상태량을 구한다.

풀이: 부록의 온도에 대한 포화 R-134a Saturated refrigerant-134a-Temperature table 표 TABLE A-11를 참고하면

20℃에 대한 포화액과 포화증기의 내부에너지는 다음과 같다.

문제에 주어진 내부에너지는 포화액과 포화증기의 내부에너지 값의 사이에 값이므로 포화 액-증기 혼합물 상태이다.

그러므로 포화압력은 다음과 같다.

주어진 상태는 포화액 상태이므로 부록의

온도에 대한 포화 R-134a Saturated refrigerant-134a-Temperature table 표 TABLE A-11를 참고하면

-12℃에 대한 포화압력과 내부에너지는 다음과 같다.

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

400kPa에 대한 포화증기의 내부에너지는 다음과 같고,

문제에 주어진 내부에너지는 포화증기의 내부에너지보다 크므로 과열증기 상태이다.

따라서 부록의 R-134a 과열증기 Superheated refrigerant-134a 표에 주어진 값은 다음과 같고,

두 상태량 사이는 선형으로 가정하여 문제에 주어진 내부에너지와 압력에서 과열증기의 온도는 다음과 같다.

부록의 온도에 대한 포화 R-134a Saturated refrigerant-134a-Temperature table 표 TABLE A-11를 참고하면

8℃에 대한 포화압력은 다음과 같다.

문제에 주어진 압력은 포화압력보다 높으므로 압축액 상태이다. 문제에 주어진 압력은 비교적 매우 높이 않으며,

내부에너지는 압력에 큰 영향을 받지 않으므로 포화액으로 근사할 수 있다. 따라서 압축액의 내부에너지는 다음과 같다.

열역학 3-29.docx

열역학 Thermodynamics 5th Edition.

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문제 3-29

풀이: 부록의 온도에 대한 포화 R-134a Saturated refrigerant-134a-Temperature table 표 TABLE A-11를 참고하면 -8℃에 대한 포화압력은 다음과 같다.

문제에 주어진 압력 포화압력보다 높으므로 압축액 상태이다.

문제에 주어진 압력은 포화압력보다 조금 높으므로 포화액 상태로 근사할 수 있으므로 비체적은 다음과 같다.

부록의 온도에 대한 포화 R-134a Saturated refrigerant-134a-Temperature table 표 TABLE A-11를 참고하면

30℃에서 포화액과 포화증기에 대한 비체적은 다음과 같다.

문제에 주어진 비체적은 포화액과 포화증기에 대한 비체적 값의 사이에 있으므로 포화 액-증기 혼합물 상태이다.

따라서 포화압력은 TABLE A-11을 참고하여 다음과 같다.

주어진 R-134a의 상태는 포화증기 상태이므로 부록의 압력에 대한 포화 R-134a Saturated refrigerant-134a-Pressure table 표 TABLE A-12를 참고하면

180kPa에 대한 포화온도는 다음과 같고,

포화증기의 비체적은 다음과 같다.

부록의 온도에 대한 포화 R-134a Saturated refrigerant-134a-Temperature table 표 TABLE A-11를 참고하면 80℃에 대한 포화압력은 다음과 같다.

문제에 주어진 압력은 포화압력보다 낮으므로 과열증기 상태이다. 따라서 부록의 R-134a 과열증기 Superheated refrigerant-134a 표를 참고하여

80℃, 0.6MPa에서의 비체적은 다음과 같다.

열역학 3-28.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 3-28

풀이: 건도 Quality가 주어져 있으므로 포화 액-증기 혼합 saturated liquid-vapor mixture 상태이므로

부록에 있는 TABLE A-5의 압력에 대한 포화 물 표 Saturated water-Pressure table를 참고하면 포화온도 Saturated temperature는 다음과 같고,

포화 액-증기 혼합 saturated liquid-vapor mixture 상태의 엔탈피는

건도와 TABLE A-5의 압력에 대한 포화 물 표 Saturated water-Pressure table를 참고하면 다음과 같이 계산된다.

상태량 표 및 도표 부록 TABLE A-4의 온도에 대한 포화 물 표 Saturated water-Temperature table를 참고하면 140℃에서의 엔탈피는 다음과 같다.

문제에 주어진 엔탈피는 포화액과 포화증기 사이의 값으로 포화 액-증기 혼합 saturated liquid-vapor mixture 상태라고 할 수 있으므로 포화압력은 다음과 같고,

포화 액-증기 혼합물의 건도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

주어진 건도가 0.0이므로 포화액 상태이다.

따라서 TABLE A-5의 압력에 대한 포화 물 표 Saturated water-Pressure table를 참고하면 950kPa에서의 포화온도와 포화액에 대한 엔탈피는 다음과 같다.

부록 TABLE A-5의 압력에 대한 포화 물 표 Saturated water-Pressure table를 참고하면 500kPa에서의 포화온도는 다음과 같고,

문제에 주어진 온도보다 높으므로 압축액 상태이다.

부록 TABLE A-7의 물의 압축액 Compressed liquid water 표를 참고하면 주어진 압력은 매우 낮으므로 포화액으로 근사화 할 수 있다.

따라서 부록 TABLE A-4의 온도에 대한 포화 물 표 Saturated water-Temperature table를 참고하면 엔탈피는 다음과 같다.

부록 TABLE A-5의 압력에 대한 포화 물 표 Saturated water-Pressure table를 참고하면 800kPa에서의 포화액과 포화증기에 대한 엔탈피는 각각 다음과 같고,

문제에 주어진 엔탈피보다 낮으므로 과열증기 Superheated vapor 상태이다.

따라서 과열 수증기 Superheated water 표 TABLE A-6을 이용하면 800kPa, 3162.2kJ/kg에서의 과열 수증기의 온도는 다음과 같다.

열역학 3-26.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 3-26

풀이: 상태량 표 및 도표 부록 TABLE A-4의 온도에 대한 포화 물 표 Saturated water-Temperature table를 참고하면

50℃에서의 포화액과 포화증기에 대한 비체적은 각각 다음과 같다.

문제에 주어진 비체적 Specific volume은 두 상태의 사이에 있으므로 포화 액-증기 혼합 saturated liquid-vapor mixture 상태이며,

압력은 포화압력 Saturated pressure인 12.352kPa이다.

문제에 주어진 상태가 포화증기 Saturated vapor이므로

상태량 표 및 도표 부록 TABLE A-5의 압력에 대한 포화 물 표 Saturated water-Pressure table를 참고하면

200kPa에서의 포화온도 Saturated temperature와 비체적 Specific volume은 다음과 같다.

상태량 표 및 도표 부록 TABLE A-5의 압력에 대한 포화 물 표 Saturated water-Pressure table를 참고하면

400kPa에서의 포화온도 Saturated temperature는 다음과 같다.

문제에 주어진 온도는 포화온도보다 높으므로 주어진 상태는 과열증기 Superheated vapor 상태이다.

따라서 부록의 TABLE A-6의 과열 수증기 Superheated water 표를 참고하면 비체적 Specific volume은 다음과 같다.

상태량 표 및 도표 부록 TABLE A-5의 압력에 대한 포화 물 표 Saturated water-Pressure table를 참고하면

500kPa에서의 포화온도 Saturated temperature는 다음과 같다.

문제에 주어진 온도는 포화온도보다 낮으므로 압축액 Compressed liquid 상태이다.

따라서 부록의 TABLE A-7의 압축액 Compressed liquid water 표를 참고하면

문제에 주어진 압력은 압축액 표에 주어진 압력보다 매우 낮으므로 포화액으로 근사화 할 수 있다.

그러므로 TABLE A-4의 온도에 대한 포화 물 표 Saturated water-Temperature table를 참고하면

110℃에서의 비체적 Specific volume은 다음과 같다.