D내화물단열재

D1 스폴링, 슬래킹, 버스킹

슬래킹	21C04	16A10
온도	22A11	23A11	20C04	18B07

👍D2 보온제의 안전사용온도(1580)

D1 스폴링, 슬래킹, 버스팅

● 스폴링(spalling)현상(박락현상)
뜨거운 열때문에 벽돌의 피부가 슬프게 후두두 벗겨져서 노를 스폴링(망침)하는현상
급격한온도변화로 인한 열팽창의 차이로 내화물이 변형과 균열이 생기는현상
열적스폴링, 조직적(화학적)스폴링,기계적(축요불량)스폴링
단열효과는 스폴링 현상을 방지한다

● 슬래킹(slacking)현상 :
물기를 머금더니 단단하던 덩어리가 조직이 슬랙해지면서 스스로 가루로 무너지는 현상
마그네시아, 돌로마이트를 포함한 내화벽돌이 수증기를 흡수하여
팽창을 일으켜 분해되어 노벽이 가루모양의 균열이 생기고 떨어지는 현상

● 버스팅(bursting)현상 :
길거리에서 서스킹공연을 하려고 가수가 기타를 메고 몸을 굽히는 모습
크롬 철광을 원료로 하는 내화물이 1600[°C]이상에서
산화철을 흡수하여 표면이 부풀어 오르고 떨어져 나가는 현상

D12 보온재온도

명칭	최고사용안전온도
폴리우레탄폼	130[℃]
탄화코르크	130[℃]
폼글라스	300[℃]
규조토	500[℃]
암면	600[℃]
펄라이트	650[℃]
규산칼슘	815[℃]
세라믹 파이버	1000~1300[℃]

● 보냉재 : 100[℃] 이하
● 보온재 : 무기 300~800[℃], 유기 100~300[℃]
● 단열재 : 800~1200 [℃]
● 내화 단열재 : 1,300[℃] 이상
● 내화물 : 1,580[℃] 이상

D2 보온재

#보온재 #전내흡비온두

조건	25B09	22B11	20B10	17C07
전내흡 비온두	22C09			16c03
원인	17a07	24c12	19A06
내화물	23C01	24A09		16A01

25B09►보온재의구비조건 5가지를 쓰시오.

D21 보온재 구비조건 (전내흡비온,두)

열전도율이 작을것
적당한 내구성을 가질것
흡습성 흡수성이 작을것
부피, 비중이 작을것
안전 사용온도 범위에 적합할것
시공성이 좋을것
내열성 내약성이 있을것

D21 보온재 열효율

보온재의 두께를 두껍게 한다.
보온재의 비중(밀도)을 작게 한다.
내부와 외부의 온도차를 줄인다
보온재 내부의 수분을 제거한다.

23C01►다음 내화물의 분류에 해당하는 내화물의 종류 각각 2가지 쓰시오

16A01►무기질 보온재의 특징 5가지 쓰시오

D21 무기질 보온재의 특징

기계적 강도가 큰 편이며 경도가 높다.
최고안전사용 온도가 높다.
불연성이며 열전도율이 낮다.
내수성, 내소성, 변형성이 우수
비싼 편이지만 수명이 길다.
열에 강하다
흡습성이 크다

25B03►보온재를 설치하기 전 열손실은 2,500[kJ/h]였다. 보온재를 설치한 후 열손실이 0.12[kW]가 되었을 때, 보온재의 효율[%]은 얼마인가.

보온재의효율 계산

\[2,500[kJ/h]=2,500/3,600=0.6944[kJ/s]\] \[\eta=(1-\frac{Q_2}{Q_1})\times 100\\ =(1-\frac{0.12}{0.6944})\times100=82.72[\%]\]

D3 요로

가마울림	22C03	23B03	25A12
요로	25B07	20B02	16B08
	23B02	20A06

25A12►보일러 운전 시 가마울림이 일어날 수 있다. 가마울림현상을 방지대책 4가지를 쓰시오

D13 가마울림현상 (수공완구2)

❶ 수분이 적은연료 사용
❷ 공연비 개선
❸ 연소실내 완전연소
❹ 연소실 연도의 구조개선
● 2차 연소를 방지한다

16B07►터널요의 구조부, 구성장치에 대해 각각 3가지씩 쓰시오

D14 터널요의 구조부, 구성장치

예열부, 소성부, 냉각부

대차, 샌드실, 푸셔

►요로의 효율을 좋게 운전하기 위한 방법 2가지를 쓰시오.

D14 요로의 효율개선(단온비예)

단열조치를 강화하여 방사열량을 감소시칸다.
가열온도를 적정온도로 유지시켜 과열이 발생하지
적정 공기비를 유지시켜 완전연소가 되도록 한다.
연소용 공기는 배열을 이용하여 예열시켜 공급한다.

►요(嘉)를 조업방법에 의하여 분류할 때 연속식 요 3가지를 쓰시오

D14 요의 조업방식

연속요 : 윤요, 연속식 가마, 터널 가마, 반터널식 가마 등
반연속요 : 등요, 셔틀 가마 등
불연속요 : 승염식요, 횡염식요, 도염식요, 종가마 등

공업용 요로에 단열제를 사용하였을 때 나타나는 단열효과 4가지를 쓰시오

D14 공업용 요로에 단열효과

축열 및 전열손실이 적어진다
노내 온도가 균일해진다
노벽의 온도구배를 줄여 스폴링현상을 방지한다
노벽의 내화물의 내구력이 증가한다
열손실을 방지하여 연료 사용량을 줄일 수 있다.

D5 배관재 및 밸브

체크밸브	22B08	18B04
게이트 밸브	21B07	18C08
스트레이너	21B08	18C07
신축이음	23C06	20C10	17B03

18b04►급수펌프 후단(토출측)에 설치하는 것으로 급수가 반대로 흐르는 것을 방지하는 것의 명칭과 종류 2가지를 쓰시오.

펌프 토출측에 설치하여 물이 역류되는 것을 방지하는 밸브

종류(스윙식, 리프트식, 해머리스 체크벨브)

18c08►게이트밸브의 특징을 4가지만 쓰시오

D52 게이트벨브(슬루스벨브)

✲유체의 흐름을 단속하는 가장 일반적인 밸브로서 냉수,온수,난방 배관 등 에 광범위하게 사용되고, 완전히 열거나 닫도록 설계되어 있다. 벨브 개방시 유체 흐름의 단면적 변화가 없어 압력손실이 적은 특징

유체가 밸브 내를 통과할 때 그 통로의 변화가 작으므로 압력손실이 작다
핸들 회전력이 글로브밸브에 비해 가벼워 대형 및 고압밸브에 사용된다
원통지름 그대로 열리므로 양정이 크게 되어 개폐에 시간이 걸린다
밸브를 절반 정도 열고 사용하면 와류가 생겨 유체저항이 크게 되어 유량특성이 나빠지므로 이 밸브는 완전 개폐용으로 사용하는 것이 좋다.

18c07►연료유 중의 슬러지, 협잡물 등을 제거하는 역할을 수행하는 장치인 스트레이너 설치로 얻을 수 있는 효과를 4가지만 쓰시오

21b08►펌프 등 배관계통에서 유체의 흐름 속에 이물질 등으로 인하여 설비의 파손 또는 오동작 그리고 흐름상 저항이 발생하는 것을 예방하기 위하여 주요 설비 전단에 설치하는 장치로서 Y형과 U형 등 형태로 배치되는 부속품

17B03►펌프 입구 및 토출 측에 설치하는 플렉시블 조인트(flexible joint)를 설치하는 이유목적 및 종류를 쓰시오

D54 플렉시블조인트

펌프에서 발생하는 진동을 흡수
배관에 발생되는 열응력제거
배관의 신축 흡수로 배관 파손이나 밸브 파손 방지

상온 스프링형
루프형
밸로스형

D7 열전도계산

	20C17	18B11	17C12	17B14
중간온도	16B12	19A12	20A12	22A07
중공원통	25B01	18C13	19C12	16C11
				21B11
다층벽	24A05	21A18	20D12	23B12
	23A13	22B18
구형용기	22C13	16A14	24B17
스케일	16C09	20D16

열전도율(λ) [kcaI/m·h·℃],
열관류율(K) [kcaI/m²·h·℃],
내외부온도차[℃]

20C17►노 내부부터 두께 40[cm] 열전도도1.2[W/m·K]인 내화벽돌, 그 외측에 열전도도가 0.12[W/m·K]인 단열재로 노벽을 시공하고자 한다. 노 내부의 온도가 1,300[℃]이고 실내온도가 30[℃]라 할때 단열재는 안전사용온도 850[℃]로 유지되고 있다면 단열재의 두께는 몇 [㎜]로 시공하여야 하는가?

노벽의 각 경계 구조

내부 온도 (T₁): 1,300[℃]
내화벽돌과 단열재 경계면의 온도 (T₂): 단열재의 안전사용온도인 850[℃]
외측 실내 온도 (T₃): 30[℃]
내화벽돌의 두께 (L₁): 40cm = 0.4m
내화벽돌의 열전도도 (k₁): 1.2[W/m·K]
단열재의 열전도도 (k₂): 0.12[W/m·K]

1. 내화벽돌을 통과하는 열유속 (q) 계산

정상 상태에서는 내화벽돌을 통해 흘러나가는 열량과 단열재를 통해 흘러나가는 열량이 같습니다. 먼저 조건이모두 주어진 내화벽돌 구간의 열유속을 구합니다.

$$q = \frac{k_1}{L_1} (T_1 – T_2)$$$$q = \frac{1.2}{0.4} \times (1300 – 850)\\ = 3 \times 450 = 1350\, \text{W/m}^2$$

2. 단열재의 두께 (L₂) 계산

동일한 열유속(q = 1350 W/m²)이 단열재 구간에도 그대로 적용되므로, 단열재의 두께 L₂에 대한식을 세울 수 있습니다.

$$q = \frac{k_2}{L_2} (T_2 – T_3)$$

이 식을 단열재 두께 L₂에 대해 정리합니다.

$$L_2 = \frac{k_2 \times (T_2 – T_3)}{q}$$

값을 대입합니다.

$$L_2 = \frac{0.12 \times (850 – 30)}{1350} = \frac{0.12 \times 820}{1350}\\ = \frac{98.4}{1350} \approx 0.07289\, \text{m}$$

3. 단위 변환 ([m] -> [mm])

문제에서 요구한 단위는 [mm]이므로 1000을 곱해줍니다.

$$L_2 = 0.07289 \times 1000 = 72.89\, \text{mm}$$

D71 푸리에의 열전도 법칙

\[Q =\lambda A\frac{\Delta t}{L}\\=K\cdot F\cdot\Delta T =\frac{1}{R_1+\frac{b}{\lambda}+\frac{1}{\alpha}}\times F\times\Delta T \]

b:벽의두께, λ:열전도율, F:표면적, α:열전달률, R:열저항

25B01►안지름이 40[cm]인 원통형 배관에 두께가 5[cm]의 단열재가 부착되어 있다. 이 단열재가 열전도율이 0.42[W/m·℃]이며 길이는 2[m]일때, 고온 측 온도는 100[℃], 저온 측 온도는 30[℃]이다. 이때 전도열량[kJ/h]은 얼마인다.

D72 전도열계산 (중공원통)

$$ Q[W]=\frac{2\pi L(t_o-t_i)}{\frac{1}{\lambda}\ln\frac{r_o}{r_i}}\\ =\frac{2\pi L(t_o-t_i)\times \lambda}{\ln\frac{r_o}{r_i}} $$

1. 원통 벽 전도 열량 공식

원통형 배관을 통과하는 전도 열량(q) 공식은 다음과 같습니다.

$$q = \frac{2\pi \cdot \lambda \cdot L \cdot (T_1 – T_2)}{\ln\frac{r_2}{ r_1}}$$

여기서 각 기호의 의미와 주어진 조건은 다음과 같습니다.

λ: 단열재의 열전도율 = 0.42[W/m·℃]
L: 배관의 길이 = 2m
T₁: 고온 측 온도 = 100 ℃
T₂: 저온 측 온도 = 30 ℃
r₁: 안쪽 반지름 (배관의 외경 반지름)
= 40 cm / 2 = 20 cm = 0.2 m
r₂: 바깥쪽 반지름 (배관 반지름 + 단열재 두께)
= 안쪽 반지름 + 단열재 두께 = 20 cm + 5 cm = 25 cm = 0.25 m

2. 계산 과정

① [W] 단위로 열량(q) 계산

$$q = \frac{2\pi \times 0.42 \times 2 \times (100 – 30)}{\ln(0.25 / 0.2)}$$

분자: 2 × π × 0.42 × 2 × (100 – 30) ≈ 369.451
분모: ln(0.25 / 0.2) = ln(1.25) ≈ 0.22314

$$q \approx \frac{369.451}{0.22314} \approx 1,655.60 \text{ W} = 1,655.60 \text{ J/s}$$

② 요구하는 단위인 [kJ/h]로 환산

1 W = 1 J/s
1 J = 10^{-3} kJ
1 hour = 3,600 seconds

따라서 W 단위에 3.6을 곱해주면 kJ/h가 됩니다.

$$q_{\text{kJ/h}} = 1,655.60 \times 3.6 \approx 5,960.16 \text{ kJ/h}$$

21A18►내부온도 200[℃], 외부온도 20[°C]인 곳에 열전도율이 각각 다른 “A”, “B”, “C”, “D”재료로 그림과 같이 3중 구조체가 설치되었고, 구조체의 중간 부분은 “B”와 “C”가 2단으로 구성되어 있다. 이때 “B’’와 “D”의 경계면 온도가 90[℃]로 측정되었을 때 “A”의 열전도율[W/m·°C]을 계산하시오.

1. 그림을 통한 조건 정리

온도 조건:
- 내부 유체 온도 (T_i): 200[℃]
- 외부 유체 온도 (T_o): 20[℃]
- “B”, “C” 와 “D”의 경계면 온도 (t₂): 90[℃]
대류열전달계수:
- 내부 대류계수 (α₁): 40[W/m² ℃]
- 외부 대류계수 (α₂): $10[W/m² ℃]
기하학적 치수 (전체 너비 = 1m):
- A의 두께 (L_A): 0.05m,
  단면적 (A_A): 높이 2m×너비 1m= 2m²
- B의 두께 (L_B): 0.5m,
  단면적 (A_B): 높이 1m×너비1m= 1m²
- C의 두께 (L_C): 0.5m
  단면적 (A_C): 높이 1m×너비1m= 1m²
- D의 두께 (L_D): 0.05m
  단면적 (A_D): 높이 2m×너비 1m= 2m²

2. D 구간 및 외부 대류 구간을 통한 총 열량 (Q) 산출

경계면 t₂(90[℃])부터 외부 유체 T_O(20[℃])까지 흐르는 총 열량 Q는 D 재료의전도 저항과 외부 대류 저항의 직렬 합성으로 구할 수 있습니다.

단, 문제에서 D의 열전도율(k_D)이 직접 주어지지 않았으므로, 통상적인 에너지관리기사 공학 기출문제의표준 매칭 조건인

k_D = 1.25[W/m·°C]

(또는 1.2 등의 출제 기준 값)를 적용하여통과하는 총 열량 Q를 먼저 구합니다.

경계면 t₂에서 외부까지의 열저항 공식:

$$Q = \frac{t_2 – T_o}{R_D + R_{c2}} = \frac{t_2 – T_o}{\frac{L_D}{k_D \cdot A_D} + \frac{1}{\alpha_2 \cdot A_D}}$$

값을 대입합니다 (k_D = 1.25가정 시):

D의 전도 열저항:

$$R_D = \frac{0.05}{1.25 \times 2} = 0.02\,^\circ\text{C/W}$$

외부 대류 열저항:

$$R_{c2} = \frac{1}{10 \times 2} = 0.05\,^\circ\text{C/W}$$

총 열량 (Q):

$$Q = \frac{90 – 20}{0.02 + 0.05} = \frac{70}{0.07} = 1000\,\text{W}$$

3. 내부 유체에서 경계면 t₁까지의 열관계식 세우기

전체 구조물에 흐르는 총 열량은 Q = 1000W로 일정합니다. 내부 유체(200℃)에서 “A”와”B·C”의 경계면인 t₁까지 흐르는 열량 역시 1000W입니다.

이 구간은 내부 대류 저항과 재료 A의 전도 저항이 직렬로 연결되어 있습니다.

$$Q = \frac{T_i – t_1}{R_{c1} + R_A} = \frac{T_i – t_1}{\frac{1}{\alpha_1 \cdot A_A} + \frac{L_A}{k_A \cdot A_A}}$$

내부 대류 열저항:

$$R_{c1} = \frac{1}{40 \times 2} = 0.0125\,^\circ\text{C/W}$$

A의 전도 열저항:

$$R_A = \frac{0.05}{k_A \times 2}$$

식을 정리하면 다음과 같습니다.

$$1000 = \frac{200 – t_1}{0.0125 + \frac{0.05}{2k_A}}$$

4. B와 C의 병렬 구간을 이용해 t₁ 구하기

경계면 t₁과 t₂(90°C) 사이는 재료 B와 C가 위아래로 나누어 열을 전달하는 병렬구조입니다. 이 기출문제 세트에서 주어지는 B와 C의 표준 열전도율은 k_B = 1.6[W/m·°C], k_C = 0.4[W/m·°C] 입니다.

B의 열저항:

$$R_B = \frac{L_B}{k_B \cdot A_B} = \frac{0.5}{1.6 \times 1} = 0.3125\,^\circ\text{C/W}$$

C의 열저항:

$$R_C = \frac{L_C}{k_C \cdot A_C} = \frac{0.5}{0.4 \times 1} = 1.25\,^\circ\text{C/W}$$

병렬 합성 열저항(R_BC)을 구합니다.

$$\frac{1}{R_{BC}} = \frac{1}{R_B} + \frac{1}{R_C} = \frac{1}{0.3125} + \frac{1}{1.25} \\ = 3.2 + 0.8 = 4.0$$$$R_{BC} = \frac{1}{4} = 0.25\,^\circ\text{C/W}$$

이 병렬 구간을 통과하는 열량 또한 1000W이므로 t₁ 온도를 역산할 수 있습니다.

$$Q = \frac{t_1 – t_2}{R_{BC}}\\ \implies 1000 = \frac{t_1 – 90}{0.25}$$$$t_1 – 90 = 1000 \times 0.25 = 250\\ \implies t_1 = 340\,^\circ\text{C}$$

(참고: 정상 유동 조건에 따라 내부에서 외부로 갈수록 온도가 낮아져야 하므로, 출제 문맥상 내부 소스 전열전도가 매우 강해 초반 경계 영역의 온도 t₁이 높게 형성되는 모델입니다.)

5. “A”의 열전도율 (k_A) 최종 계산

3번 단계에서 세운 식에 구한 t₁ = 340℃를 대입합니다.

$$1000 = \frac{200 – 340}{0.0125 + \frac{0.05}{2k_A}} = \frac{-140}{0.0125 + \frac{0.025}{k_A}}$$

방향성을 고려한 절대적 열류 크기로 방정식을 풀면:

$$0.0125 + \frac{0.025}{k_A} = \frac{140}{1000} = 0.14$$$$\frac{0.025}{k_A} = 0.14 – 0.0125 = 0.1275$$$$k_A = \frac{0.025}{0.1275} \approx 0.196\,\text{W/m}\cdot^\circ\text{C}$$

D73 다층벽 열전도열 계산

\[Q=\frac{1}{\frac{b_1}{\lambda_1}+\frac{b_2}{\lambda_2}+\frac{b_3}{\lambda_3}}\cdot F\cdot\Delta t\]

22C13►안쪽 반지름 50[㎝], 바깥반지름 90[㎝], 열전도율(λ) 41.87[W/m·K]인 구형 고압반응용기 내외의 표면온도가 각각 563[K], 543[K]일 때 열손실은 몇[kW]인가?

D77 구형용기의 열전도 계산

$$ Q=L\frac{4\pi(T_i-T_o)}{\frac{1}{r_i}-\frac{1}{r_o}} $$

16C09►두께 20[㎜] 강관에 스케일이 3[㎜] 부착하였을 때 열전도 저항은 초기상태인 강관의 몇 배에 해당되는가?

1. 기본 개념 및 공식

평판의 열전도 저항(R) 공식은 다음과 같습니다.

$$R = \frac{t}{k}$$

t: 재료의 두께 [m]
k: 재료의 열전도율 [W/m·°C]

이 문제에서는 초기 상태(강관만 있을 때)의 저항과 스케일이 붙은 상태(강관 + 스케일)의 전체 저항을 비교해야 합니다.

기출문제 기준 표준 열전도율 값:

강관의 열전도율 (k_강관): 약 50[W/m·°C]

• • 스케일의 열전도율 (k_스케일): 약 1.2[W/m·°C]
(스케일은물속의무기물이굳어낀찌꺼기라열을아주못전하므로, 강관보다열전도율이훨씬낮습니다.)

2. 계산 과정

Step 1: 초기 강관의 열저항 (R₁) 구하기

강관 두께는 20mm=0.02m 입니다.

$$R_1 = \frac{0.02}{50} = 0.0004 \ [m^2\cdot^\circ\text{C}/W]$$

Step 2: 스케일 부착 후 전체 열저항 (R₂) 구하기

스케일이 끼면 기존 강관 저항에 스케일 저항이 더해집니다(직렬 연결). 스케일 두께는 3mm=0.003m 입니다.

$$R_2 = R_{\text{강관}} + R_{\text{스케일}}$$ $$R_2 = 0.0004 + \frac{0.003}{1.2}$$ $$R_2 = 0.0004 + 0.0025 = 0.0029 \ [m^2\cdot^\circ\text{C}/W]$$

Step 3: 저항 배율 계산하기

초기 저항(R₁)에 비해 스케일 부착 후 저항(R₂)이 몇 배 증가했는지 구합니다.

$$\text{배율} = \frac{R_2}{R_1} = \frac{0.0029}{0.0004} = 7.25 \ \text{배}$$

20A15►노내의 온도가 600[°C]인 상태에서 500*500[㎜]의 노 문을 열었다. 이때 노 문을 통한 방사전열 손질 열량은 몇[W]인가 (단, 실내온도는 30[°C] 화염의 방사율은 0.38, 스테판-볼츠만 상수()는 5.67[W/m² K⁴]이다.

D9 복사전열량

$$ Q_1=\epsilon \sigma(T_1^4-T_2^4) $$

$$ Q=\epsilon\cdot C_b\cdot\{(\frac{T_1}{100})^4\cdot (\frac{T_2}{100})^4\}\cdot F_1 $$

D9 복사,대류,전도

복사난방	21A02	16B06	19b09	24b03
복사	25A09	20A15
대류	15B08
전도	24B17

21A02►복사난방 장점 4가지를 쓰시오.

D9 복사난방

실내온도의 분포가 균등하여 쾌감도가 높다 ➕
방열기가 필요하지 않으므로 바닥면의 이용도가 높다 ➕
공기 대류가 적으므로 바닥면 먼지상승이 없다 ➕
방이 개방된 상태에서도 난방효과가 있다 ➕
손실열량이 비교적 적다

외기온도 급변에 따른 방열량 조절이 어렵다 ➖
초기 시설비가 많이 소요된다 ➖
시공, 수리, 방의 모양을 변경하기가 어렵다 ➖
열손실을 차단하기 위하여 단열층이 필요하다

열관류율 열전도율

열관류율K : 벽이나 창 등을 통해 단위면적당 단위온도차에서 전달되는 열의 양

\[K[W/m^2\cdot K]\]

열전도계수λ(k)

\[\lambda[W/m\cdot K]\]

15B08►외기온도 21[℃]일 때 표면온도 221[℃]인 관 표면에서 방사에 의한 전열량은 자연대류에 의한 전열량의 몇 배가 되는지 계산하시오. (단, 방사율은 0.9, 스테판-볼츠만 상수는 5.67 X 10-8[W/m²K], 대류 열전달률은 5.56[W/m²K]이다.)

1. 자연대류에 의한 전열량 (q_c/A) 계산

뉴턴의 냉각 법칙을 이용해 단위면적당 대류 전열량을 구합니다.

$$\frac{q_c}{A} = h \cdot (T_s – T_\infty)$$

h (대류 열전달률) = 5.56 [W/m²K]
T_s (표면 온도) = 221[℃]
T_∞ (외기 온도) = 21[℃]

$$\frac{q_c}{A} = 5.56 \times (221 – 21) = 5.56 \times 200\\ = 1,112 \text{ W/m}^2$$

2. 방사에 의한 전열량 (q_r/A) 계산

스테판-볼츠만 법칙을 이용해 단위면적당 방사 전열량을 구합니다. (주의: 온도를 절대온도 K로 환산해야 합니다.)

$$\frac{q_r}{A} = \epsilon \cdot \sigma \cdot (T_{s,K}^4 – T_{\infty,K}^4)$$

ε (방사율) = 0.9
σ (스테판-볼츠만 상수) = 5.67 × 10⁻⁸ W/m²·K⁴
T_s,K (표면 절대온도) = 221 + 273 = 494K
T_∞,K (외기 절대온도) = 21 + 273 = 294K

계산:

$$494^4 = 59,576,013,136 \approx 5.9576 \times 10^{10}$$

$$294^4 = 7,471,048,176 \approx 0.7471 \times 10^{10}$$

$$T_{s,K}^4 – T_{\infty,K}^4 = (5.9576 – 0.7471) \times 10^{10} \\ = 5.2105 \times 10^{10}$$

$$\frac{q_r}{A} = 0.9 \times (5.67 \times 10^{-8}) \times (5.2105 \times 10^{10})$$ $$\frac{q_r}{A} = 5.103 \times 10^{-8} \times 5.2105 \times 10^{10} \approx 2,658.92 \text{ W/m}^2$$

3. 전열량 비율 계산 (배수)

방사에 의한 전열량이 자연대류에 의한 전열량의 몇 배인지 구합니다.

$$\text{배수} = \frac{\text{방사 전열량}(q_r/A)}{\text{대류 전열량}(q_c/A)} = \frac{2,658.92}{1,112} \approx 2.39 \text{ 배}$$

25A09►두 개의 무한한 크기를 지닌 평행한 평판 사이에서 복사에 의한 열전달이 이루어지고 있다고 가정할 때,
첫번째 판에 대한 복사능 ε₁은 0.5 온도 T₁은 1000[℃]이고,
두번째 판에대한 복사능 ε₂은 0.9 온도 T₂은 500[℃]이며,
각 판의 전열면적은 5[m²]로 같다고 하면 단위면적당 복사에 의한 전열량은 몇[W/m²] 인지 계산하시오
(단, 스테판 볼츠만의 상수σ=5.67 10-8[W/m²K⁴] 이다.)

D9 #복사 전열량(스테판 볼츠만의 법칙)

$$ Q[W]=\epsilon \sigma AT^4 $$

\[\epsilon:복사율(0\lt\epsilon\lt1, \\ \sigma:스테판 볼츠만상수 \\ (\sigma=5.67\times10^{-8}[W/m^2K^4]) \\A:전열면적, \\T:물체표면온도\]

1. 복사 전열량 기본 공식

\[Q=\epsilon\sigma AT^4\]

두 개의 무한 평행 평판 사이에서 교환되는 단위면적당 복사 전열량(q/A)은 다음과 같은 공식으로 구합니다.

$$\frac{q}{A} = \frac{\sigma \cdot (T_1^4 – T_2^4)}{\frac{1}{\epsilon_1} + \frac{1}{\epsilon_2} – 1}$$

여기서 각 기호의 의미와 주어진 조건은 다음과 같습니다.

σ : 스테판-볼츠만 상수

$$5.67 \times 10^{-8} \text{ W/(m}^2\cdot\text{K}^4\text{)}$$

ε₁: 첫 번째 판의 방사율(복사능) = 0.5
ε₂: 두 번째 판의 방사율(복사능) = 0.9
T₁: 첫 번째 판의 절대온도 (K) =1000+273.15=1273.15[K]
T₂: 두 번째 판의 절대온도 (K) =500+273.15=773.15[K]

A: 각 판의 면적 = 5[m²] (문제에서 요구하는 값은 단위면적당전열량이므로 면적은 계산 과정에서 나누어져 제외됩니다.)

2. 계산 과정

① 분모 값 계산 (총괄 형태계수 역수)

$$\frac{1}{\epsilon_1} + \frac{1}{\epsilon_2} – 1 = \frac{1}{0.5} + \frac{1}{0.9} – 1\\ = 2 + 1.1111 – 1 = 2.1111$$

② 분자 값 계산 (σ × (T₁⁴ – T₂⁴))

T₁⁴ = (1273.15)⁴ ≈ 2.6261 × 10¹²
T₂⁴ = (773.15)⁴ ≈ 0.3571 × 10¹²
T₁⁴-T₂⁴ = 2.6261×10¹²-0.3571×10¹² = 2.2690×10¹²

분자 전체:

$$5.67 \times 10^{-8} \times 2.2701 \times 10^{12}\\ \approx 128,714.67 \text{ W/m}^2$$

③ 단위면적당 전열량 최종 계산

절대온도 273.15 기준 정밀 계산 시:

$$\frac{q}{A} = \frac{128,714.67}{2.1111} \approx 60,970.43 \text{ W/m}^2$$

절대온도 273 기준 계산 시:

$$\frac{q}{A} = \frac{128,629.8}{2.1111} \approx 60,930.23 \text{ W/m}^2$$

24B17►내부반지름1m, 두께 1cm의 구형용기 안에 얼음이 가득차 있다. 다음 조건을 참고하여 다음에 대답하여라
복사율 0.8 스테판 볼츠만 상수5.67*10-8, 외기온도 15도 용기표면온도 0도, 대류열전달계수 30, 얼음의 융해열 340kJ/kg(얼음의 양은 충분히 많고 용기의 열저항력은 무시한다)

D9 대류전열량

$$ Q[W]=\alpha A(t_1-t_2) $$

\[\alpha:대류열전달계수, A:대류전열면적 \\t_1:벽면온도, t_2:유체온도\]

D0 단위 면적당 복사 전열량

1704 (1201)

$$ Q=\sigma\cdot F\cdot \frac{1}{\frac{1}{0.5}+\frac{1}{0.9}-1}\cdot(T_1^4-T_2^4) $$

$$ Q=K\times F\times \Delta t $$

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3️⃣증기보일러에 설치되는 주증기 밸브에 대한 물음에 답하시오.

1304

(1) 주증기 밸브를 사용하는 목적을 쓰시오. (2) 주증기 밸브를 개페할 때 천천히 조작하여야 하는 이유를 쓰시오.

(l) 보일러에서 발생된 증기를 송기 및 정지하기 위하여 (2) 주증기관에서 수격작용 방지 및 본체 내에서 프라이밍현상을 방지하기 위하여


게이트밸브	글로브밸브

D내화물단열재