행정안전부 시험출제과장

(1)

계산기 사용가능 여부 가능

전달현상 ² ₂

제 3 문. 한 모서리가 3 cm인 구리 정육면체가 실온(25 °C)에 있다. 이 구리 정육면체를 100 °C로 유지하고 있는 매우 큰 수조(water bath)에 넣은 후, 구리 정육면체 내부의 온도 변화를 알아본다. 수조는 충분히 교반되고 있으며 물과 구리 계면 에서의 열전달계수(h)는 450 W/m²․K이다. 구리의 열전도도(k)는 400 W/m․K, 밀도(ρ)는 8940 kg/m³, 비열(Cp)은 385 J/kg․K로 간주한다. (총 25점) (단, 구리 정육면체는 여섯 면이 모두 물로 둘러싸여 있다)

1) 구리 정육면체의 비오트 수(Biot number)를 구하여, 정육면체 내부에서의 열전도에 대한 저항이 무시될 수 있는가를 판단하시오. (단, 구리 정육면체의 특성길이는 부피를 접촉면적으로 나눈 값이다) (5점)

2) 구리 정육면체 내부 열전도가 무시될 때, 정육면체에 대한 에너지(열) 수지식을 세우고 초기 조건을 제시하시오. (10점)

3) 2)의 에너지 수지식에 대한 해를 구하고, 수조에 넣은 뒤 30초가 지났을 때의 구리 정육면체 온도를 구하시오. (10점)

제 4 문. 다음 그림과 같이, 속이 비어 있고 벽면이 막(membrane)인 지름 3 cm, 높이 15 cm의 막 실린더(membrane cylinder)가 있다. 이 실린더를 증류수 수면으로 부터 10 cm 깊이로 잠기게 하였다. 증류수가 막 실린더 벽을 투과하여 실린더 내부로 들어간다. 실린더 내부의 증류수 높이를 h(t) (단위: cm)라고 할 때, h(t)를 구할 수 있는 수지식을 유도하시오. 압력을 수두(water head, 단위 :^cmHO)로 나타낼 때, 막을 통한 유체의 투과도(permeability)는 ^cm^^cm^^cmHO  sec의

단위를 갖는다. (20점)

(단, 실린더의 밑면으로는 유체의 투과가 일어나지 않고 막 바깥의 증류수 수면은 항상 일정하다)

막 실린더

(membrane cylinder)

10 cm

증류수 h(t)

행정안전부 시험출제과장

(2)

계산기 사용가능 여부 가능

전달현상 ¹ ₂

전달현상

2010년 시행 행정고등고시(기술직) 제2차시험

응시번호 : 성명 :

제 1 문. 다음 그림은 수평상태의 반경 ^인 둥근 튜브로, 혈액이 단위길이당 압력강하

∆







하에서 정상상태로 흐르고 있다.

Plasma Plasma

red cell 



Core r z

혈액의 유동은 적혈구를 포함하는 Core 영역과 적혈구가 없는 두께 ^인 혈장 (plasma)층을 이루고 흐른다. Core 영역과 혈장 영역의 점도는 각각 ^와 ^

라고 하자. (단, 두 영역 모두에서의 유동은 Newtonian, 계산 편의상  ＝ 

 로

가정한다) (총 30점)

1) 두 영역에서의 운동량 보존식을 세우고 이를 이용하여 각 영역에서의 속도 분포 ^^^와 ^^^를 구하시오. (10점)

2) 튜브를 통하여 흐르는 총유량을 구하시오. (10점)

3) 두 영역 모두에서의 점도를 동일하게 겉보기 점도(apparent viscosity) ^로 가정하고 총유량을 구하시오. (5점)

4) 위의 결과들을 이용하여 ^를 ^와 ^의 함수로 나타내시오. (5점)

제 2 문. 폐수에 녹아있는 미량의 VOC(휘발성 유기화합물)를 제거하기 위하여 실리콘 막을 사용한 실린더(cylinder)형의 막분리공정을 이용한다. 오늘의 관심은 폐수에 함유된 톨루엔 제거이다. 톨루엔은 실리콘 막튜브를 통해 확산되나 물은 통과 되지 않는다. 확산된 톨루엔은 막튜브 벽 밖에서 비수용성 탈거상(stripping phase)에 용해된다. 그림과 같이 폐수 중 톨루엔의 농도가 1 × 10^-4 gmole/cm³ 이고, 막튜브를 통과한 톨루엔의 농도가 2 × 10^-5 gmole/cm³일 때, 막튜브를 통과하는 톨루엔의 몰 플럭스(molar flux)를 구하시오. (25점) 　　 (단, 이 과정은 정상상태이고 전달되는 톨루엔의 농도가 매우 낮은 희석용액

으로 등몰상호확산 과정으로 가정하며, 실리콘에 대한 톨루엔의 확산계수는 DAB＝ 1 × 10^-7 cm²/sec, 막튜브의 내경은 1 cm, 막튜브의 두께는 0.5 cm 이다)

폐수

실리콘 튜브 벽

비수용성 탈거상 C_A   × ^{ }

gmolecm^

C_A  × ^{ }gmolecm^