2016년03월06일 33번

[열역학]
건조 포화증기가 노즐 내를 단열적으로 흐를 때 출구 엔탈피가 입구 엔탈피보다 15kJ/kg만큼 작아진다. 노즐 입구에서의 속도를 무시할 때 노즐 출구에서의 속도는 약 몇 m/s인가?

① 173
② 200
③ 283
④ 346

(정답률: 49%)

문제 해설

노즐 내를 따라 건조 포화증기가 흐르면서 출구 엔탈피가 입구 엔탈피보다 작아지므로, 엔탈피 감소에 따른 엔트로피 증가로 인해 속도가 증가한다. 이때, 노즐 내를 따라 흐르는 건조 포화증기는 등엔트로피 과정을 따르므로, 엔트로피 변화량은 0이다. 따라서, 엔탈피 감소량과 운동에너지 증가량이 같다고 할 수 있다.

즉, 엔탈피 감소량이 15kJ/kg이므로, 운동에너지 증가량도 15kJ/kg이다. 이때, 운동에너지는 1/2mv^2로 표현되므로, 속도 v는 다음과 같이 구할 수 있다.

15kJ/kg = 1/2 * v^2
v^2 = 30,000
v = 173.2 (약)

따라서, 노즐 출구에서의 속도는 약 173m/s이다.

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