열역학 Thermodynamics 5th Edition 연습문제 4-28
나의 풀이/열역학 2017. 7. 18. 12:14 |
열역학 4-28.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 4-28
포화 물-수증기 혼합물이 들어 있는 단열 용기에 전기 저항선에 의해 액체가 기화하는데 걸리는 시간을 구하고 T-v 선도에 과정을 나타낸다.
가정: 견고한 용기는 잘 밀폐되어 있고 단열 및 고정되어 있다.
용기 속에는 순수한 물만 들어 있으며 전기에너지는 저항선에서 모두 열로 전환되어 물에 전달된다.
용기의 체적은 일정하게 유지되며 저항선과 용기의 에너지 변화는 무시할 수 있을 정도로 작다.
풀이: 전기 저항선을 포함하여 용기 내의 포화 물-수증기 혼합물을 계로 선택하면
주어진 견고한 단열 용기의 체적은 일정하고 계의 경계를 통과하는 질량이 없고,
고정되어 있으므로 계의 위치에너지 및 운동에너지의 변화는 없다.
따라서 선택된 계는 단열된 고정 밀폐계이며 계의 에너지 변화는 내부에너지 변화뿐이다.
또한 체적이 일정하므로 경계일은 없고 단열되어 있으므로 이 단열된 고정 밀폐계의 에너지 균형은 다음과 같다.
최초 상태는 포화 물-수증기 혼합 상태이므로 압력에 대한 포화 물 표 TABLE A-5 Saturated water-Pressure table TABLE A-5를
이때 최초 상태에서 물과 수증기의 질량비, 즉, 건도가 주어져 있으므로 최초 상태에서 비체적과 내부에너지는 다음과 같이 계산된다.
주어진 용기는 밀폐되어 있고 체적이 일정하므로 비체적이 일정하고 최종 상태에서는 물이 모두 기화된 상태이므로
포화 수증기만 존재하는 상태이다. 따라서 최종 상태에서 포화 수증기의 비체적을 이용하여
압력에 대한 포화 물 표 TABLE A-5 또는 TABLE A-4, EES 등에서 포화 압력, 포화 온도, 내부에너지를 구하면 다음과 같다.
그러므로 에너지 균형식을 이용하여 포화 물이 모두 기화하는데 걸리는 시간은 다음과 같이 구할 수 있다.
앞의 최초∙최종 상태에서 온도와 비체적을 EES를 이용하여 T-v 선도에 나타내면 아래와 같다.
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