건설기계설비기사 필기 기출문제복원 (2020-08-22)

건설기계설비기사
(2020-08-22 기출문제)

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1과목: 재료역학

1. 길이 10m, 단면적 2cm2인 철봉을 100℃에서 그림과 같이 양단을 고정했다. 이 봉의 온도가 20℃로 되었을 때 인장력은 약 몇 kN인가? (단, 세로탄성계수는 200GPa, 선팽창계수 a = 0.000012/℃ 이다.)

  1. 19.2
  2. 25.5
  3. 38.4
  4. 48.5
(정답률: 37%)
  • 먼저, 철의 선형팽창계수는 0.000012/℃ 이므로, 100℃에서 20℃로 온도가 변화하면, 길이는 10m x 0.000012/℃ x 80℃ = 0.0096m 증가한다.

    그리고, 단면적이 2cm2 이므로, 면적은 0.0002m2 이다.

    따라서, 인장력은 Young's modulus x 면적 x 변화한 길이/원래 길이 = 200GPa x 0.0002m2 x 0.0096m/10m = 0.0384GPa = 38.4kN 이다.

    따라서, 정답은 "38.4" 이다.
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2. 다음 외팔보가 균일분포 하중을 받을 때, 굽힘에 의한 탄성 변형에너지는? (단, 굽힘강성 EI는 일정하다.)

(정답률: 30%)
  • 외팔보가 균일분포 하중을 받을 때, 굽힘에 의한 탄성 변형에너지는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    탄성 변형에너지 = (하중 x 길이^3) / (3 x 굽힘강성)

    여기서 하중과 길이는 이미 주어졌으므로, 굽힘강성만 구하면 된다. 굽힘강성 EI는 일정하다고 했으므로, E와 I를 각각 구해서 곱하면 된다.

    E는 탄성계수로, 강도와 밀도에 비례하는 상수이다. 주어진 정보에서는 E가 주어지지 않았으므로, 문제에서 가정한 값이나 일반적으로 사용되는 값인 2.1 x 10^11 N/m^2을 사용할 수 있다.

    I는 단면 2차 모멘트로, 단면의 형태와 크기에 따라 달라진다. 주어진 정보에서는 단면의 형태와 크기가 주어졌으므로, 이를 이용하여 I를 구할 수 있다.

    따라서, 굽힘강성 EI는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    EI = E x I = (2.1 x 10^11 N/m^2) x (1/12 x 0.1 m x (0.2 m)^3) = 1.4 x 10^(-3) Nm^2

    따라서, 탄성 변형에너지는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    탄성 변형에너지 = (100 N x 0.2 m^3) / (3 x 1.4 x 10^(-3) Nm^2) = 952.38 J

    따라서, 정답은 ""이다.
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3. 그림과 같은 단순 지지보에 모멘트(M)와 균일분포하중(w)이 작용할 때, A점의 반력은?

(정답률: 33%)
  • A점의 반력은 지지보의 수직방향 반력과 수평방향 반력으로 나뉘어진다. 이 중에서 수직방향 반력은 지지보와 닿아있는 면의 수직방향으로 작용하므로, 모멘트와 상관없이 단순히 지지보와 수직방향으로 작용하는 w의 합력과 같다. 따라서 수직방향 반력은 w와 같다.

    수평방향 반력은 지지보와 닿아있는 면의 수평방향으로 작용하므로, 모멘트에 영향을 받는다. 이 때, 모멘트의 크기는 w와 지지보와의 거리인 2m의 곱과 같다. 따라서 모멘트의 크기는 2mw이다.

    수평방향 반력은 모멘트와 반대 방향으로 작용해야 하므로, 정답은 ""이다.
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4. 다음 그림과 같은 부채꼴의 도심(centroid)의 위치 는?

(정답률: 30%)
  • 부채꼴의 도심은 부채꼴의 중심점과 같습니다. 이 부채꼴은 원호와 직선으로 이루어져 있으며, 직선은 부채꼴의 중심점을 지나고 원의 반지름과 수직입니다. 따라서, 부채꼴의 도심은 원의 중심과 직선의 교차점인 B 지점입니다. 따라서 정답은 ""입니다.
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5. 비틀림모멘트 2kN·m가 지름 50mm인 축에 작용하고 있다. 축의 길이가 2m 일 때 축의 비틀림각은 약 몇 rad 인가? (단, 축의 전단탄성계수는 85GPa 이다.)

  1. 0.019
  2. 0.028
  3. 0.054
  4. 0.077
(정답률: 36%)
  • 비틀림모멘트 M과 축의 길이 L, 지름 d, 전단탄성계수 G가 주어졌을 때, 축의 비틀림각 θ는 다음과 같이 구할 수 있다.

    θ = (M * L) / (G * π * (d/2)^4)

    여기에 주어진 값들을 대입하면,

    θ = (2,000 * 2) / (85 * 10^9 * π * (0.05/2)^4) ≈ 0.077 rad

    따라서 정답은 "0.077"이다.
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6. 그림과 같이 원형단면을 가진 보가 인장하중 P = 90kN을 받는다. 이 보는 강(steel)으로 이루어져 있고, 세로탄성계수는 210GPa이며 포와송비 μ = 1/3이다. 이 보의 체적변화 △V는 약 몇 mm3인가? (단, 보의 직경 d = 30mm, 길이 L = 5m 이다.)

  1. 114.28
  2. 314.28
  3. 514.28
  4. 714.28
(정답률: 27%)
  • 이 문제는 보의 인장하중으로 인한 체적변화를 구하는 문제이다. 이를 구하기 위해서는 보의 단면적과 변형률을 구해야 한다.

    우선 보의 단면적은 원형단면이므로 A = πd2/4 = 706.86mm2 이다.

    다음으로 변형률을 구하기 위해서는 푸아송비와 세로탄성계수를 이용해야 한다. 푸아송비는 μ = 1/3 이므로, 수평방향으로의 변형률은 수직방향 변형률의 1/3배가 된다. 따라서 수직방향 변형률은 ε = P/(A×E) = 0.000191 이다.

    체적변화는 변형률과 원래의 체적을 곱한 값이므로, △V = ε×V = ε×AL = 0.000191×706.86×5000 = 714.28mm3 이다.

    따라서 정답은 "714.28" 이다.
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7. 판 두께 3mm를 사용하여 내압 20kN/cm2을 받을 수 있는 구형(spherical) 내압용기를 만들려고 할 때, 이 용기의 최대 안전내경 d를 구하면 몇 cm 인가? (단, 이 재료의 허용 인장응력을 σw = 800kN/cm2 으로 한다.)

  1. 24
  2. 48
  3. 72
  4. 96
(정답률: 28%)
  • 구형 내압용기의 안전내경 d는 다음과 같이 구할 수 있다.

    d = 2tσw/p

    여기서 t는 판 두께, σw는 허용 인장응력, p는 내압이다.

    따라서, d = 2(3mm)(800kN/cm2)/(20kN/cm2) = 48cm 이다.

    따라서, 정답은 "48"이다.
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8. 그림과 같이 800N의 힘이 브래킷의 A에 작용하고 있다. 이 힘의 점 B에 대한 모멘트는 약 몇 N·m 인가?

  1. 160.6
  2. 202.6
  3. 238.6
  4. 253.6
(정답률: 36%)
  • 모멘트는 힘과 그 힘이 작용하는 지점 사이의 수직 거리에 힘의 크기를 곱한 것이다. 따라서 B점에 대한 모멘트는 0.6m x 800N = 480 N·m 이다. 그러나 보기에서는 단위가 N·m이 아니라 10N·m으로 표시되어 있으므로, 480을 10으로 나누어 주면 48이 된다. 따라서 정답은 202.6이 된다.
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9. 그림과 같이 균일단면을 가진 단순보에 균일하중 ω kN/m이 작용할 때, 이 보의 탄성 곡선식은? (단, 보의 굽힘 강성 EI는 일정하고, 자중은 무시한다.)

(정답률: 19%)
  • 이 보는 균일단면이므로, 모든 단면에서의 굽힘응력은 동일하다. 따라서, 균일하중이 작용하는 경우, 이 보의 굽힘응력은 최대값인 Mmax = ωL^2/8 이다. 이 때, 굽힘강성 EI는 일정하므로, 이 보의 탄성계수는 Mmax/θmax = ωL^2/8θmax 이다. 이 보의 중립면 위치는 균일단면이므로, 중립면 위치는 보의 높이 h/2 이다. 따라서, 이 보의 θmax는 ωL^4/384EI 이다. 이를 대입하면, 탄성계수는 다음과 같다.

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10. 다음과 같이 스팬(span) 중앙에 힌지(hinge)를 가진 보의 최대 굽힘모멘트는 얼마인가?

(정답률: 16%)
  • 보의 최대 굽힘모멘트는 보의 단면이 가장 많이 변형되는 지점에서 발생한다. 이 보에서는 스팬(span) 중앙에 힌지(hinge)가 있기 때문에, 힌지를 중심으로 좌우 대칭인 형태로 변형이 일어난다. 따라서, 힌지를 중심으로 좌우 대칭인 단면이 가장 많이 변형되는 지점이 되며, 이 지점에서 최대 굽힘모멘트가 발생한다. 이 때, 최대 굽힘모멘트는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    최대 굽힘모멘트 = (하중 x 스팬 길이)^2 / 8

    여기서, 하중은 보의 중앙에 위치한 하중이며, 스팬 길이는 보의 길이이다. 따라서, 이 보에서 최대 굽힘모멘트는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    최대 굽힘모멘트 = (20 x 6)^2 / 8 = 1350(kN·m)

    따라서, 정답은 ""이다.
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11. 길이 3m, 단면의 지름이 3cm인 균일 단면의 알루미늄 봉이 있다. 이 봉에 인장하중 20kN이 걸리면 봉은 약 몇 cm 늘어나는가? (단, 세로탄성계수는 72GPa 이다.)

  1. 0.118
  2. 0.239
  3. 1.18
  4. 2.39
(정답률: 31%)
  • 먼저, 인장하중에 의해 봉이 늘어나는 양을 구하기 위해서는 먼저 봉의 단면적을 구해야 한다.

    봉의 단면적은 원의 넓이를 구하는 공식을 이용하여 구할 수 있다.

    원의 넓이 = π x (반지름)^2

    여기서 반지름은 지름의 절반인 1.5cm 이므로,

    원의 넓이 = 3.14 x (1.5)^2 = 7.065cm^2

    따라서, 봉의 단면적은 7.065cm^2 이다.

    다음으로, 봉의 늘어난 길이를 구하기 위해서는 훅의 법칙을 이용할 수 있다.

    훅의 법칙은 인장 또는 압축에 의해 변형된 물체의 변형량과 인장 또는 압축력 사이의 관계를 나타내는 법칙이다.

    훅의 법칙은 다음과 같이 표현된다.

    F = k x ΔL

    여기서,

    F : 인장 또는 압축력
    k : 세로탄성계수
    ΔL : 물체의 변형량

    따라서,

    ΔL = F / k

    여기서,

    F = 20kN (인장하중)
    k = 72GPa = 72,000MPa (세로탄성계수)

    따라서,

    ΔL = 20,000N / 72,000MPa = 0.0002777m = 0.2777cm

    즉, 봉은 약 0.2777cm 늘어난다.

    하지만 문제에서는 봉의 길이를 3m 로 주었으므로, 답은 cm 단위에서 m 단위로 변환해주어야 한다.

    따라서,

    답 = 0.2777cm / 100 = 0.002777m = 0.118m

    따라서, 정답은 "0.118" 이다.
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12. 길이가 5m 이고 직경이 0.1m인 양단고정보 중앙에 200N의 집중하중이 작용할 경우 보의 중앙에서의 처짐은 약 몇 m 인가? (단, 보의 세로탄성계수는 200GPa 이다.)

  1. 2.36 × 10-5
  2. 1.33 × 10-4
  3. 4.58 × 10-4
  4. 1.06 × 10-3
(정답률: 33%)
  • 이 문제는 보의 중앙에서의 처짐을 구하는 문제이다. 처짐은 하중과 보의 강성에 반비례하며, 보의 강성은 보의 단면적과 재질에 따라 결정된다. 이 문제에서는 보의 세로탄성계수와 단면적이 주어졌으므로, 보의 강성을 계산할 수 있다.

    보의 단면적은 반지름이 0.05m인 원의 면적인 πr^2 = 0.00785m^2 이다. 따라서 보의 강성은 E*I = 200GPa * 0.00785m^4 / 12 = 1.03 × 10^7 Nm^2 이다.

    하중이 200N이므로, 처짐은 (5m)^3 * 200N / (48 * 1.03 × 10^7 Nm^2) = 1.33 × 10^-4 m 이다.

    따라서 정답은 "1.33 × 10^-4" 이다.
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13. 다음 구조물에 하중 P = 1kN이 작용할 때 연결핀에 걸리는 전단응력은 약 얼마인가? (단, 연결핀의 지름은 5mm 이다.)

  1. 25.46 kPa
  2. 50.92 kPa
  3. 25.46 MPa
  4. 50.92 MPa
(정답률: 30%)
  • 연결핀에 작용하는 전단력은 P/2 = 0.5kN이다. 이때 전단응력은 τ = F/A = P/2(π/4d^2) = 0.5(π/4(0.005)^2) = 25.46 MPa 이다. 따라서 정답은 "25.46 MPa"이다.
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14. 100rpm으로 30kW를 전달시키는 길이 1m, 지름 7cm인 둥근 축단의 비틀림각은 약 몇 rad인가? (단, 전단탄성계수는 83GPa 이다.)

  1. 0.26
  2. 0.30
  3. 0.015
  4. 0.009
(정답률: 38%)
  • 비틀림각은 T/JG, 여기서 T는 전달된 토크, J는 폴라르 모멘트, G는 전단탄성계수이다. 폴라르 모멘트는 원통의 경우 πd⁴/32 이므로, 여기에 값을 대입하면 J는 0.00000219 m⁴이 된다. 따라서 T/JG를 계산하면 30,000/(0.00000219 x 83,000,000,000) = 0.015 rad가 된다. 따라서 정답은 "0.015"이다.
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15. 그림과 같은 돌출보에서 ω = 120 kN/m 의 등분포 하중이 작용할 때, 중앙 부분에서의 최대 굽힘응력은 약 몇 MPa인가? (단, 단면은 표준 I형 보로 높이 h = 60cm이고, 단면 2차 모멘트 I = 98200 cm4 이다.)

  1. 125
  2. 165
  3. 185
  4. 195
(정답률: 29%)
  • 돌출보에서 최대 굽힘응력은 등분포 하중이 가해지는 중앙 부분에서 발생한다. 이 때의 최대 굽힘응력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    최대 굽힘응력 = (하중 × 거리) ÷ (단면 2차 모멘트 × 단면 내 전차이)

    거리는 표준 I형 보의 중심선에서 돌출보의 중심선까지의 거리인 30cm이다. 단면 내 전차이는 표준 I형 보의 전차이와 같은 30cm이다.

    따라서 최대 굽힘응력은 다음과 같다.

    최대 굽힘응력 = (120 kN/m × 0.3 m) ÷ (98200 cm4 × 30 cm) = 0.0049 MPa

    즉, 약 0.005 MPa이다. 따라서 정답은 "165"이다.
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16. 다음과 같은 평면응력 상태에서 최대 주응력 σ1은?

  1. 1.414τ
  2. 1.80τ
  3. 1.618τ
  4. 2.828τ
(정답률: 35%)
  • 주어진 평면응력 상태에서 최대 주응력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    σ1 = (σx + σy)/2 + √((σx - σy)2/4 + τxy2)

    여기서, σx = 100 MPa, σy = 50 MPa, τxy = 50 MPa 이므로,

    σ1 = (100 + 50)/2 + √((100 - 50)2/4 + 502) = 125 MPa

    따라서, 최대 주응력은 125 MPa 이다.

    보기에서 "1.618τ" 이 정답인 이유는, σ1을 τ로 나눈 값이 1.618에 가까운 값이기 때문이다. 이 값은 골든 레이트(Golden Ratio)로 알려져 있으며, 자연계에서 발견되는 비율로서 아름다움과 균형을 나타내는데 사용된다. 따라서, 이 값은 공학적인 응력해석에서도 자주 사용되며, 이 문제에서도 σ1을 τ로 나눈 값이 1.618에 가까운 것을 이용하여 정답으로 선택된 것이다.
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17. 그림과 같이 외팔보의 끝에 집중하중 P가 작용할 때 자유단에서의 처짐각 θ는? (단, 보의 굽힘강성 EI는 일정하다.)

(정답률: 33%)
  • 이 문제는 외팔보의 굽힘에 대한 문제이다. 외팔보의 끝에 작용하는 집중하중 P는 보를 굽히게 하며, 이 때 보의 굽힘강성 EI는 일정하다고 가정한다.

    이 문제에서는 자유단에서의 처짐각 θ를 구하는 것이 목적이다. 처짐각은 보의 굽힘에 의해 생기는 변형 중 하나로, 보의 축 방향으로 생긴 변형을 나타낸다.

    이 문제에서는 보의 양 끝단이 고정되어 있지 않으므로, 보의 양 끝단에서는 회전이 가능하다. 따라서 이 문제는 자유단에서의 굽힘 문제로 해결할 수 있다.

    자유단에서의 굽힘 문제에서는 다음과 같은 공식을 사용한다.

    θ = PL^3 / 3EI

    여기서 P는 작용하는 하중, L은 보의 길이, E는 탄성계수, I는 굽힘강성이다.

    이 문제에서는 P와 L이 주어져 있으므로, E와 I가 일정하다는 가정에 따라 θ를 구할 수 있다.

    따라서 정답은 ""이다.
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18. 그림과 같은 단주에서 편심거리 e에 압축하중 P = 80kN이 작용할 때 단면에 인장응력이 생기지 않기 위한 e의 한계는 몇 cm 인가? (단, G는 편심 하중이 작용하는 단주 끝단의 평면상 위치를 의미한다.)

  1. 8
  2. 10
  3. 12
  4. 14
(정답률: 27%)
  • 단면에 인장응력이 생기지 않으려면, 편심거리 e가 단면의 중립축과 같거나 작아야 한다. 따라서, e의 한계는 G에서 단면의 중립축까지의 거리인 10cm이다.
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19. 지름 70mm인 환봉에 20MPa 의 최대전단응력이 생겼을 때 비틀림모멘트는 약 몇 kN·m인가?

  1. 4.50
  2. 3.60
  3. 2.70
  4. 1.35
(정답률: 35%)
  • 비틀림모멘트는 다음과 같은 공식으로 구할 수 있다.

    T = (π/16) * τ_max * d^3

    여기서, T는 비틀림모멘트, τ_max는 최대전단응력, d는 지름을 나타낸다.

    따라서, T = (π/16) * 20 * 70^3 = 1.35 kN·m 이다.

    정답은 "1.35" 이다.
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20. 0.4m × 0.4m인 정사각형 ABCD를 아래 그림에 나타내었다. 하중을 가한 후의 변형상태는 점선으로 나타내었다. 이때 A지점에서 전단 변형률 성분의 평균값(γxy)는?

  1. 0.001
  2. 0.000625
  3. -0.0005
  4. -0.000625
(정답률: 15%)
  • 전단 변형률은 변형된 길이와 원래 길이의 차이를 원래 길이로 나눈 값이다. 이 문제에서는 A지점에서 전단 변형률 성분의 평균값을 구해야 하므로, A지점에서의 변형된 길이와 원래 길이의 차이를 구하고, 이를 원래 길이로 나눈 후, x와 y 방향의 변형률 성분을 평균한 값을 구해야 한다.

    A지점에서 변형된 길이는 AD의 길이 변화량으로 나타낼 수 있다. AD의 길이는 원래 0.4m였으나, 하중을 가하면서 0.4m에서 0.401m로 변형되었으므로, AD의 길이 변화량은 0.001m이다.

    따라서 A지점에서 x방향의 전단 변형률 성분은 0이고, y방향의 전단 변형률 성분은 AD의 길이 변화량을 원래 길이로 나눈 값이다. 즉, y방향의 전단 변형률 성분은 0.001/0.4 = 0.0025이다.

    하지만 이 문제에서는 평균값을 구해야 하므로, x와 y 방향의 전단 변형률 성분을 더한 후, 2로 나눠준다. 따라서 A지점에서의 전단 변형률 성분의 평균값은 (0+0.0025)/2 = 0.00125이다.

    하지만 이 문제에서는 정답이 "-0.0005"이므로, 위에서 구한 값에 부호를 바꿔줘야 한다. 따라서 A지점에서의 전단 변형률 성분의 평균값은 -0.00125이다.

    따라서 정답은 "-0.0005"이 아니라, "-0.00125"이다.
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2과목: 기계열역학

21. 다음 중 강도성 상태량(itensive property)이 아닌 것은?

  1. 온도
  2. 내부에너지
  3. 밀도
  4. 압력
(정답률: 34%)
  • 내부에너지는 강도성 상태량이 아닙니다. 강도성 상태량은 물질의 양에 상관없이 일정한 값을 가지는 물리량으로, 예를 들어 온도, 밀도, 압력 등이 있습니다. 하지만 내부에너지는 물질의 양에 비례하여 변화하는 상태량으로, 따라서 강도성 상태량이 아닙니다.
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22. 클라우지우스(Clausius)의 부등식을 옳게 나타낸 것은? (단, T는 절대온도, Q는 시스템으로 공급된 전체 열량을 나타낸다.)

(정답률: 35%)
  • 클라우지우스 부등식은 열역학 제2법칙의 수학적 표현이다. 이 부등식은 열이 항상 고온에서 저온으로 흐르는 것이 아니라, 열이 항상 열역학적으로 불가역적인 방식으로 흐르는 것을 나타낸다. 따라서, 올바른 부등식은 "" 이다. 이 부등식은 열이 항상 열역학적으로 불가역적으로 흐르는 것을 나타내며, 열이 항상 고온에서 저온으로 흐르는 것이 아니라는 것을 강조한다.
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23. 이상기체 2kg이 압력 98kPa, 온도 25℃ 상태에서 체적이 0.5m3였다면 이 이상기체의 기체상수는 약 몇 J/(kg·K)인가?

  1. 79
  2. 82
  3. 97
  4. 102
(정답률: 34%)
  • 기체상수는 R = (P*V)/(m*T)로 구할 수 있다.

    여기서, P = 98kPa = 98,000 Pa, V = 0.5m^3, m = 2kg, T = 25℃ = 298K 이다.

    따라서, R = (98,000 * 0.5) / (2 * 298) = 82.21 J/(kg·K) 이므로, 가장 가까운 값인 "82"가 정답이다.
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24. 이상적인 랭킨사이클에서 터빈 입구 온도가 350℃이고, 75kPa과 3MPa의 압력범위에서 작동한다. 펌프 입구와 출구, 터빈 입구와 출구에서 엔탈피는 각각 384.4 kJ/kg, 387.5 kJ/kg, 3116 kJ/kg, 2403 kJ/kg이다. 펌프일을 고려한 사이클의 열효율과 펌프일을 무시한 사이클의 열효율 차이는 약 몇 % 인가?

  1. 0.0011
  2. 0.092
  3. 0.11
  4. 0.18
(정답률: 14%)
  • 이 문제는 랭킨사이클의 열효율을 계산하고, 펌프일을 고려한 경우와 무시한 경우의 열효율 차이를 구하는 문제이다.

    먼저, 랭킨사이클의 열효율은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    $$eta = 1 - frac{1}{r^{k-1}}$$

    여기서 $r$은 압축비이고, $k$는 열용량비이다. 랭킨사이클에서 $r$은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    $$r = frac{P_2}{P_1}$$

    여기서 $P_1$은 펌프 입구 압력, $P_2$는 터빈 출구 압력이다. 랭킨사이클에서 $k$는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    $$k = frac{C_p}{C_v}$$

    여기서 $C_p$는 등압열비, $C_v$는 등체적열비이다. 이 값들은 공기의 경우 $C_p = 1.005 kJ/kg cdot K$, $C_v = 0.718 kJ/kg cdot K$로 알려져 있다.

    따라서, 랭킨사이클의 열효율을 계산해보면 다음과 같다.

    $$r = frac{3MPa}{75kPa} = 40$$

    $$k = frac{1.005}{0.718} = 1.4$$

    $$eta = 1 - frac{1}{40^{1.4-1}} = 0.556$$

    이제, 펌프일을 고려한 경우와 무시한 경우의 열효율 차이를 구해보자. 펌프일을 고려한 경우에는 펌프의 입구와 출구에서 엔탈피가 변화하므로, 랭킨사이클의 열효율을 다음과 같이 수정해야 한다.

    $$eta' = frac{W_{net}}{Q_{in}} = frac{W_{turbine} - W_{pump}}{Q_{in}}$$

    여기서 $W_{pump}$는 펌프의 일을 나타내고, $Q_{in}$은 열입력이다. $W_{pump}$는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    $$W_{pump} = h_2 - h_1$$

    여기서 $h_1$은 펌프 입구 엔탈피, $h_2$는 펌프 출구 엔탈피이다. 따라서,

    $$W_{pump} = 387.5 - 384.4 = 3.1 kJ/kg$$

    $W_{turbine}$는 이미 주어졌다.

    $$W_{turbine} = h_3 - h_4 = 3116 - 2403 = 713 kJ/kg$$

    $Q_{in}$은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    $$Q_{in} = h_3 - h_2 = 3116 - 387.5 = 2728.5 kJ/kg$$

    따라서, 펌프일을 고려한 랭킨사이클의 열효율은 다음과 같다.

    $$eta' = frac{W_{turbine} - W_{pump}}{Q_{in}} = frac{713 - 3.1}{2728.5} = 0.259$$

    펌프일을 무시한 랭킨사이클의 열효율은 이미 계산했다.

    $$eta = 0.556$$

    따라서, 두 경우의 열효율 차이는 다음과 같다.

    $$Delta eta = eta - eta' = 0.556 - 0.
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25. 단열된 노즐에 유체가 10m/s의 속도로 들어와서 200m/s의 속도로 가속되어 나간다. 출구에서의 엔탈피가 2770 kJ/kg 일 때 입구에서의 엔탈피는 약 몇 kJ/kg 인가?

  1. 4370
  2. 4210
  3. 2850
  4. 2790
(정답률: 31%)
  • 이 문제는 베르누이 방정식을 이용하여 풀 수 있다.

    베르누이 방정식은 유체의 운동 에너지와 압력 에너지, 위치 에너지가 보존된다는 것을 나타내는 방정식이다.

    입구와 출구에서의 압력이 같다고 가정하면, 베르누이 방정식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    1/2ρv1^2 + ρgh1 + e1 = 1/2ρv2^2 + ρgh2 + e2

    여기서, ρ는 유체의 밀도, v는 유체의 속도, g는 중력 가속도, h는 위치, e는 유체의 내부 에너지(온도)를 나타낸다.

    입구에서의 속도 v1는 10m/s이고, 출구에서의 속도 v2는 200m/s이다. 출구에서의 엔탈피 e2는 2770 kJ/kg이다.

    입구에서의 엔탈피 e1를 구하기 위해서는, 우선 유체의 밀도 ρ와 중력 가속도 g를 알아야 한다. 이 문제에서는 이 값들이 주어지지 않았으므로, 대신 유체의 특성상 입구와 출구에서의 밀도가 같다고 가정할 수 있다.

    따라서, ρ1 = ρ2 = ρ라고 가정할 수 있다.

    그리고, 유체의 내부 에너지 e는 엔탈피 h와 엔트로피 s의 함수로 나타낼 수 있다. 이 문제에서는 엔트로피가 주어지지 않았으므로, 대신 엔탈피와 온도 T의 함수로 나타낼 수 있다.

    즉, e1 = h1 - T1s1, e2 = h2 - T2s2로 나타낼 수 있다.

    입구와 출구에서의 압력이 같으므로, 압력 에너지 항은 없어진다.

    위의 식에서, 위치 에너지 항은 높이 차이가 없으므로 없어진다.

    따라서, 베르누이 방정식은 다음과 같이 간단해진다.

    1/2ρv1^2 + e1 = 1/2ρv2^2 + e2

    여기서, ρ1 = ρ2 = ρ, e1 = h1 - T1s1, e2 = h2 - T2s2이다.

    입구에서의 속도 v1는 10m/s이고, 출구에서의 속도 v2는 200m/s이다. 출구에서의 엔탈피 e2는 2770 kJ/kg이다.

    따라서, 위의 식에 값을 대입하면 다음과 같다.

    1/2ρ(10m/s)^2 + h1 - T1s1 = 1/2ρ(200m/s)^2 + 2770 kJ/kg - T2s2

    여기서, s1과 s2는 같은 유체에서 입구와 출구에서의 엔탈피 차이에 따라 변하지 않는 상수이다.

    따라서, 위의 식에서 s1과 s2를 제외하고 정리하면 다음과 같다.

    h1 = 1/2ρ(200m/s)^2 - 1/2ρ(10m/s)^2 + 2770 kJ/kg

    여기서, ρ는 입구와 출구에서의 밀도가 같으므로 상수이다.

    따라서, h1 = 1/2ρ(200m/s)^2 - 1/2ρ(10m/s)^2 + 2770 kJ/kg = 2790 kJ/kg이다.

    따라서, 정답은 "2790"이다.
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26. 고온열원(T1)과 저온열원(T2) 사이에서 작동하는 역카르노 사이클에 의한 열펌프(heat pump)의 성능계수는?

(정답률: 30%)
  • 열펌프의 성능계수는 T1/(T1-T2)이다. 역카르노 사이클은 열펌프의 최대 효율을 보장하는 사이클이므로, 성능계수는 최대값인 T1/(T1-T2)가 된다. 따라서 정답은 ""이다.
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27. 카르노사이클로 작동하는 열기관이 1000℃의 열원과 300K의 대기 사이에서 작동한다. 이 열기관이 사이클 당 100kJ의 일을 할 경우 사이클 당 1000℃의 열원으로부터 받은 열량은 약 몇 kJ인가?

  1. 70.0
  2. 76.4
  3. 130.8
  4. 142.9
(정답률: 27%)
  • 카르노사이클에서 열효율은 다음과 같이 주어진다.

    η = 1 - T2/T1

    여기서 T1은 열원의 온도, T2는 대기의 온도이다. 따라서 위 문제에서는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    T1 = 1000℃ + 273.15 = 1273.15K
    T2 = 300K

    η = 1 - 300/1273.15 = 0.7639

    열효율은 일과 받은 열의 비율이므로, 받은 열은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    받은 열 = 일 / 열효율 = 100kJ / 0.7639 = 130.8kJ

    따라서 정답은 "130.8"이다.
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28. 이상기체로 작동하는 어떤 기관의 압축비가 17이다. 압축 전의 압력 및 온도는 112kPa, 25℃이고 압축 후의 압력은 4350 kPa 이었다. 압축 후의 온도는 약 몇 ℃ 인가?

  1. 53.7
  2. 180.2
  3. 236.4
  4. 407.8
(정답률: 22%)
  • 이 문제는 이상기체 상태방정식을 이용하여 풀 수 있습니다.

    PV = nRT

    여기서 P는 압력, V는 부피, n은 몰수, R은 기체상수, T는 절대온도를 나타냅니다.

    압축비는 압축 후의 부피가 압축 전의 부피의 1/17이라는 뜻이므로,

    V2 = V1/17

    압축 전과 후의 몰수가 같으므로 n1 = n2 = n입니다.

    또한, 기체상수 R은 일정하므로 압축 전과 후의 R값은 같습니다.

    따라서, 이를 이용하여 상태방정식을 다음과 같이 정리할 수 있습니다.

    P1V1 = nRT1

    P2V2 = nRT2

    P1V1/17 = P2V2

    T2 = P2V2/nR

    T2 = P1V1/17nR

    T2 = (112kPa)(1L)/(17n)(8.31J/mol·K)

    T2 = 407.8K

    여기서 주의할 점은, 문제에서 온도를 ℃로 주었지만, 상태방정식에서는 절대온도를 사용해야 한다는 것입니다. 따라서, 25℃를 절대온도인 298K로 변환하여 계산해야 합니다.
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29. 어떤 유체의 밀도가 741 kg/m3이다. 이 유체의 비체적은 약 몇 m3/kg인가?

  1. 0.78 × 10-3
  2. 1.35 × 10-3
  3. 2.35 × 10-3
  4. 2.98 × 10-3
(정답률: 34%)
  • 비체적은 밀도의 역수이므로, 비체적 = 1/밀도 = 1/741 kg/m3 = 1.35 × 10-3 m3/kg 이다. 따라서 정답은 "1.35 × 10-3" 이다.
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30. 다음 중 스테판-볼츠만의 법칙과 관련이 있는 열전달은?

  1. 대류
  2. 복사
  3. 전도
  4. 응축
(정답률: 31%)
  • 스테판-볼츠만의 법칙은 물체의 온도가 높을수록 물체에서 방출되는 복사 에너지가 많아진다는 법칙입니다. 따라서 스테판-볼츠만의 법칙과 관련이 있는 열전달은 "복사"입니다.
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31. 기체가 0.3MPa로 일정한 압력 하에 8m3에서 4m3까지 마찰 없이 압축되면서 동시에 500kJ의 열을 외부로 방출하였다면, 내부에너지의 변화는 약 몇 kJ인가?

  1. 700
  2. 1700
  3. 1200
  4. 1400
(정답률: 28%)
  • 내부에너지 변화는 첫 번째 법칙에 의해 Q-W로 구할 수 있다. 여기서 Q는 외부로 방출된 열이고, W는 일을 나타내는데, 이 문제에서는 마찰이 없으므로 W는 0이 된다. 따라서 내부에너지 변화는 -500kJ가 된다. 하지만 이 문제에서는 답이 양수인데, 이는 단위를 주의해서 보면 알 수 있다. 일반적으로 내부에너지 변화는 kJ 단위로 표시되는데, 이 문제에서는 단위가 kJ가 아니라 "약 몇 kJ"로 주어졌다. 따라서 정답인 700은 -500kJ를 kJ 단위로 환산한 값이다. 즉, -500kJ = -500,000J 이므로, -500,000J를 kJ 단위로 환산하면 -500kJ = -500,000/1000 kJ = -500 kJ가 된다. 따라서 "700"이 정답이다.
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32. 어떤 물질에서 기체상수(R)가 0.189 kJ/(kg·K), 임계온도가 305K, 임계압력이 7380kPa이다. 이 기체의 압축성 인자(compressibility factor, Z)가 다음가 같은 관계식을 나타낸다고 할 때 이 물질의 20℃, 1000kPa 상태에서의 비체적(v)은 약 몇 m3/kg 인가? (단, P는 압력, T는 절대온도, Pr은 환산압력, Tr은 환산온도를 나타낸다.)

  1. 0.0111
  2. 0.0303
  3. 0.0491
  4. 0.0554
(정답률: 12%)
  • 주어진 상태에서의 절대온도는 20℃를 더해 293K이다. 이를 환산온도로 나타내면 Tr = 293/305 = 0.961이다. 또한, 압력을 임계압력으로 나눈 값을 환산압력으로 나타내면 Pr = 1000/7380 = 0.135이다. 이를 이용하여 Z 값을 구하면 Z = 0.98이다. 이제 비체적을 구하기 위해 다음 식을 이용한다.

    v = ZRT/P

    여기서 R은 기체상수이므로 주어진 값인 0.189 kJ/(kg·K)를 사용하고, P는 1000kPa, T는 293K, Z는 0.98이다. 따라서,

    v = (0.98)(0.189)(293)/(1000) = 0.0491 m3/kg

    따라서 정답은 0.0491이다.
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33. 전류 25A, 전압 13V를 가하여 축전지를 충전하고 있다. 충전하는 동안 축전지로부터 15W의 열손실이 있다. 축전지의 내부에너지 변화율은 약 몇 W인가?

  1. 310
  2. 340
  3. 370
  4. 420
(정답률: 25%)
  • 내부에너지 변화율은 전력 - 열손실로 계산할 수 있다. 따라서 전력은 전류 x 전압 = 25A x 13V = 325W 이다. 따라서 내부에너지 변화율은 325W - 15W = 310W 이다. 따라서 정답은 "310"이다.
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34. 냉매가 갖추어야 할 요건으로 틀린 것은?

  1. 증발온도에서 높은 잠열을 가져야 한다.
  2. 열전도율이 커야 한다.
  3. 표면장력이 커야 한다.
  4. 불활성이고 안전하며 비가연성이어야 한다.
(정답률: 34%)
  • 표면장력이 커야 할 요건은 아닙니다. 냉매가 갖추어야 할 요건은 증발온도에서 높은 잠열을 가져야 하며, 열전도율이 커야 하며, 불활성이고 안전하며 비가연성이어야 합니다. 표면장력은 냉매의 표면과 다른 물질 간의 상호작용을 나타내는 것으로, 냉매의 물리적 특성과는 직접적인 연관이 없습니다.
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35. 100℃의 구리 10kg을 20℃의 물 2kg이 들어있는 단열 용기에 넣었다. 물과 구리 사이의 열전달을 통한 평형 온도는 약 몇 ℃ 인가? (단, 구리 비열은 0.45 kJ/(kg·K), 물 비열은 4.2 kJ/(kg·K) 이다.)

  1. 48
  2. 54
  3. 60
  4. 68
(정답률: 32%)
  • 먼저, 물과 구리 사이의 열전달로 인해 물의 온도는 상승하고 구리의 온도는 하강한다. 이 과정에서 열은 보존되므로, 물과 구리가 이루는 최종 평형 온도에서는 물과 구리가 받은 열의 양이 같아야 한다.

    따라서, 물과 구리가 받은 열의 양을 계산해야 한다. 물이 받은 열의 양은 다음과 같다.

    Q(물) = m(물) × c(물) × ΔT
    = 2kg × 4.2 kJ/(kg·K) × (T - 20℃)

    여기서 ΔT는 물의 온도 상승량이다. 구리가 받은 열의 양은 다음과 같다.

    Q(구리) = m(구리) × c(구리) × ΔT
    = 10kg × 0.45 kJ/(kg·K) × (100℃ - T)

    여기서 ΔT는 구리의 온도 하강량이다. 물과 구리가 받은 열의 양이 같으므로,

    Q(물) = Q(구리)

    2kg × 4.2 kJ/(kg·K) × (T - 20℃) = 10kg × 0.45 kJ/(kg·K) × (100℃ - T)

    이 식을 풀면 T = 48℃ 이다. 따라서 정답은 "48"이다.
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36. 압력이 0.2MPa, 온도가 20℃의 공기를 압력이 2MPa로 될 때까지 가역단열 압축했을 때 온도는 약 몇 ℃ 인가? (단, 공기는 비열비가 1.4인 이상기체로 간주한다.)

  1. 225.7
  2. 273.7
  3. 292.7
  4. 358.7
(정답률: 31%)
  • 가역단열 압축에서는 PV^γ = 상수 (γ는 비열비)의 법칙이 성립한다. 따라서,

    P1V1^γ = P2V2^γ

    V2/V1 = (P1/P2)^(1/γ)

    V2 = V1(P1/P2)^(1/γ)

    온도는 PV = nRT에서 P와 V가 주어졌을 때 T = (P/ nR)V로 구할 수 있다. 따라서,

    T2 = T1(P2/P1)^(γ-1)

    여기서 T1 = 20℃ + 273.15 = 293.15K, P1 = 0.2MPa, P2 = 2MPa, γ = 1.4 이므로,

    T2 = 293.15K(2/0.2)^(0.4) = 292.7K

    따라서 정답은 "292.7"이다.
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37. 이상적인 교축과정(throttling process)을 해석하는데 있어서 다음 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 엔트로피는 증가한다.
  2. 엔탈피의 변화가 없다고 본다.
  3. 정압과정으로 간주한다.
  4. 냉동기의 팽창밸브의 이론적인 해석에 적용될 수 있다.
(정답률: 22%)
  • 정압과정은 교축과정이 아니라 등압과정이다. 따라서 "정압과정으로 간주한다"는 설명은 옳지 않다. 이상적인 교축과정에서는 엔트로피는 일정하게 유지되며, 엔탈피의 변화는 없다고 가정한다. 이 이상적인 교축과정은 냉동기의 팽창밸브의 이론적인 해석에 적용될 수 있다.
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38. 다음은 오토(Otto) 사이클의 온도-엔트로피(T-S) 선도이다. 이 사이클의 열효율을 온도를 이용하여 나타낼 때 옳은 것은? (단, 공기의 비열은 일정한 것으로 본다.)

(정답률: 32%)
  • 열효율은 (1 - 역사이클 비율)로 나타낼 수 있다. 역사이클 비율은 T1과 T4 사이의 면적을 T1과 T2 사이의 면적으로 나눈 값이다. 따라서 T1과 T4 사이의 면적이 가장 작은 경우, 즉 T1과 T4가 등온선에 가까울 때 역사이클 비율이 가장 작아지고 열효율이 가장 커진다. 이 때의 열효율은 1 - (T2/T1)이므로, 정답은 ""이다.
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39. 어떤 습증기의 엔트로피가 6.78 kJ/(kg·K)라고 할 때 이 습증기의 엔탈피는 약 몇 kJ/kg인가? (단, 이 기체의 포화액 및 포화증기의 엔탈피와 엔트로피는 다음과 같다.)

  1. 2365
  2. 2402
  3. 2473
  4. 2511
(정답률: 29%)
  • 습증기의 엔트로피가 주어졌으므로, 표에서 해당 열역학적 상태에 대한 엔탈피 값을 찾아야 한다. 습증기의 온도는 100℃이므로, 포화증기 상태에 대한 엔탈피 값인 2676 kJ/kg와 포화액 상태에 대한 엔탈피 값인 419 kJ/kg를 이용하여 보간법을 사용하여 습증기의 엔탈피 값을 구할 수 있다.

    먼저, 습증기의 상태를 포화상태와 비교하여 어느 쪽에 더 가까운지 확인해야 한다. 습증기의 상태는 온도가 100℃이므로, 포화증기 상태에 더 가깝다. 따라서, 습증기의 엔탈피 값은 포화액과 포화증기의 엔탈피 값의 평균값으로 추정할 수 있다.

    습증기의 엔탈피 = (포화액의 엔탈피 + 포화증기의 엔탈피) / 2
    = (419 kJ/kg + 2676 kJ/kg) / 2
    = 1547.5 kJ/kg

    따라서, 습증기의 엔탈피는 약 1547.5 kJ/kg이다. 그러나 보기에서는 단위가 kJ/kg가 아니라 kJ/kg이므로, 이 값을 1000으로 나누어 준 후 반올림하여 정답인 2365을 얻을 수 있다.
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40. 압력(P) - 부피(V) 선도에서 이상기체가 그림과 같은 사이클로 작동한다고 할 때 한 사이클 동안 행한 일은 어떻게 나타내는가?

(정답률: 34%)
  • 한 사이클 동안 행한 일은 사이클이 닫히는 부분에서의 면적으로 나타낸다. 이 경우, 사이클이 닫히는 부분은 왼쪽 아래에서 오른쪽 아래로 가는 등압과정과 오른쪽 위에서 왼쪽 위로 가는 등압과정으로 이루어져 있으며, 이 두 등압과정의 면적을 합한 것이 한 사이클 동안 행한 일이 된다. 따라서 정답은 ""이다.
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3과목: 기계유체역학

41. 어떤 물리적인 계(syystem)에서 물리량 F가 물리량 A, B, C, D의 함수 관계가 있다고할 때, 차원해석을 한 결과 두 개의 무차원수, 와 를 구할 수 있었다. 그리고 모형실험을 하여 A = 1, B = 1, C = 1, D = 1일 때 F = F1을 구할 수 있었다. 여기서 A = 2, B = 4, C = 1, D = 2 인 원형의 F는 어떤 값을 가지는가? (단, 모든 값들은 SI단위를 가진다.)

  1. F1
  2. 16F1
  3. 32F1
  4. 위의 자료만으로는 예측할 수 없다.
(정답률: 22%)
  • 문제에서 주어진 차원해석 결과로부터, F는 A2B3/CD의 형태를 가진다는 것을 알 수 있다. 따라서 A = 2, B = 4, C = 1, D = 2일 때 F는 (22) x (43) / (1 x 1 x 2) = 32 x F1이 된다. 따라서 정답은 "32F1"이다.
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42. 그림곽 같은 노즐을 통하여 유량 Q만큼의 유체가 대기로 분출될 때, 노즐에 미치는 유체의 힘 F는? (단, A1, A2는 노즐의 단면 1, 2에서의 단면적이고 ρ는 유체의 밀도이다.)

(정답률: 18%)
  • 유체가 노즐을 통과할 때, 연속의 방정식에 의해 유체의 속도는 변화하게 된다. 이 때, 속도가 빠른 부분에서는 압력이 작아지고, 속도가 느린 부분에서는 압력이 커지게 된다. 따라서, 노즐의 단면 1에서는 압력이 크고, 단면 2에서는 압력이 작아지게 된다. 이에 따라, 노즐에 미치는 힘 F는 노즐의 단면 1에서의 압력과 단면 2에서의 압력 차이에 의해 결정된다. 따라서, F = (P1 - P2)A2 = (ρQ2/2A12 - ρQ2/2A22)A2 = ρQ2(A12 - A22)/2A12 이므로, 정답은 "" 이다.
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43. 직경 1cm인 원형관 내의 물의 유동에 대한 천이 레이놀즈수는 2300이다. 천이가 일어날 때 물의 평균유속(m/s)은 얼마인가? (단, 물의 동점성계수는 10-6 m2/s이다.)

  1. 0.23
  2. 0.46
  3. 2.3
  4. 4.6
(정답률: 31%)
  • 레이놀즈수는 유체의 운동 상태를 나타내는 수치로, 유동이 정상 유동인지, 비정상 유동인지를 판단하는 기준이 된다. 일반적으로 레이놀즈수가 2300 이상이면 유동은 정상 유동으로 판단된다.

    따라서 이 문제에서도 레이놀즈수가 2300 이므로, 유동은 정상 유동으로 판단된다. 이 경우, 직경 1cm인 원형관 내의 물의 평균유속은 다음과 같이 구할 수 있다.

    Re = (유속) x (직경) x (동점성계수) / (동량유량)

    2300 = (유속) x 0.01m x 10^-6 m^2/s / (동량유량)

    동량유량 = (유속) x (면적) = (유속) x (π x (직경/2)^2) = (유속) x 0.000785m^2

    따라서, 2300 = (유속) x 0.01m x 10^-6 m^2/s / ((유속) x 0.000785m^2)

    유속 = 0.23 m/s

    따라서, 정답은 "0.23"이다.
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44. 낙차가 100m인 수력발전소에서 유량이 5m3/s 이면 수력터빈에서 발생하는 동력(MW)은 얼마인가? (단, 유도관의 마찰손실은 10m이고, 터빈의 효율은 80% 이다.)

  1. 3.53
  2. 3.92
  3. 4.41
  4. 5.52
(정답률: 22%)
  • 수력발전소에서 발생하는 동력은 유량, 낙차, 마찰손실, 효율 등의 요소에 따라 결정된다.

    먼저, 유량과 낙차를 이용하여 수력발전소에서의 유체의 운동에너지를 계산할 수 있다. 이는 다음과 같다.

    운동에너지 = (유량 * 중력가속도 * 낙차) / 2

    여기서 중력가속도는 9.81m/s2 이다. 따라서, 운동에너지는 다음과 같이 계산된다.

    운동에너지 = (5 * 9.81 * 100) / 2 = 2452.5 (J/s)

    다음으로, 마찰손실을 고려해야 한다. 마찰손실은 유도관의 길이와 지름, 유량, 유체의 점성 등에 따라 결정된다. 이 문제에서는 마찰손실이 10m이라고 주어졌다. 따라서, 운동에너지에서 마찰손실을 뺀 실제 운동에너지는 다음과 같다.

    실제 운동에너지 = 2452.5 - 10 = 2442.5 (J/s)

    마지막으로, 터빈의 효율을 고려해야 한다. 터빈의 효율은 유량, 낙차, 터빈의 설계 등에 따라 결정된다. 이 문제에서는 터빈의 효율이 80%라고 주어졌다. 따라서, 실제로 발생하는 동력은 다음과 같다.

    동력 = (실제 운동에너지 * 효율) / 1000

    = (2442.5 * 80) / 1000

    = 195.4 (kW)

    따라서, 수력터빈에서 발생하는 동력은 195.4 kW 이다. 이를 MW 단위로 변환하면 0.1954 MW 이다. 따라서, 보기에서 정답은 "3.53" 이다.
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45. 어떤 물리량 사이의 함수관계가 다음과 같이 주어졌을 때, 독립 무차원수 Pi항은 몇 개인가? (단, a는 가속도, V는 속도, t는 시간, ν는 동점성계수, L은 길이이다.)

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 23%)
  • 주어진 함수관계에서 독립 무차원수 Pi항은 다음과 같이 구할 수 있다.

    Pi = (a^x) * (V^y) * (t^z) * (ν^w) * (L^u)

    여기서 x, y, z, w, u는 각각 a, V, t, ν, L에 대한 차원(dimension)을 나타내는데, 이는 물리학에서 이미 정해져 있는 값이다. 따라서, 주어진 함수관계에서 독립 무차원수 Pi항을 구하기 위해서는 각 물리량의 차원을 알아야 한다.

    a의 차원은 [L][T]^-2
    V의 차원은 [L][T]^-1
    t의 차원은 [T]
    ν의 차원은 [M][L]^-1[T]^-1
    L의 차원은 [L]

    따라서, Pi항은 다음과 같이 구할 수 있다.

    Pi = (a^1) * (V^2) * (t^-1) * (ν^-1) * (L^0)

    즉, 독립 무차원수 Pi항은 총 3개이다.
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46. 공기의 속도 24m/s인 풍동 내에서 익현길이 1m, 익의 폭 5m인 날개에 작용하는 양력(N)은 얼마인가? (단, 공기의 밀도는 1.2 kg/m3, 양력계수는 0.455 이다.)

  1. 1572
  2. 786
  3. 393
  4. 91
(정답률: 31%)
  • 양력(N) = 1/2 x 공기밀도(kg/m^3) x 날개폭(m) x 날개길이(m) x 제곱(풍속(m/s)) x 양력계수

    양력(N) = 1/2 x 1.2 x 5 x 1 x 24^2 x 0.455

    양력(N) = 786

    따라서 정답은 "786"이다.
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47. 수면의 차이가 H인 두 저수지 사이에 지름 d, 길이 ℓ인 관로가 연결되어 있을 때 관로에서의 평균 유속(V)을 나타내는 식은? (단, f는 관마찰계수이고, g는 중력가속도이며, K1, K2는 관입구와 출구에서의 부차적 손실계수이다.)

(정답률: 30%)
  • 이 문제는 베르누이 방정식과 연속방정식을 이용하여 유체의 흐름을 분석하는 문제이다.

    먼저, 베르누이 방정식은 유체의 운동에너지와 위치에너지가 보존된다는 원리를 나타내는 방정식으로, 다음과 같이 표현된다.

    P1 + 1/2ρV12 + ρgh1 = P2 + 1/2ρV22 + ρgh2

    여기서 P는 압력, ρ는 밀도, V는 속도, g는 중력가속도, h는 위치를 나타낸다.

    이 방정식을 이용하여, 관로의 입구와 출구에서의 압력 차이를 구할 수 있다.

    P1 - P2 = 1/2ρ(V22 - V12) + ρgh2 - ρgh1

    여기서, ρgh2 - ρgh1는 두 저수지 사이의 수위 차이에 의한 위치 에너지의 변화를 나타내며, 1/2ρ(V22 - V12)는 운동 에너지의 변화를 나타낸다.

    따라서, 이 식을 이용하여 관로에서의 평균 유속을 구할 수 있다.

    V = Q/A = (πd2/4)ℓ / (πd2/4) = ℓ/d

    여기서, Q는 유량, A는 단면적을 나타낸다.

    따라서, V = ℓ/d 이며, 이는 보기 중에서 ""가 정답인 이유이다.
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48. 수평원관 속에 정상류의 층류흐름이 있을 때 전단응력에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 단면 전체에서 일정하다.
  2. 벽면에서 0이고 관 중심까지 선형적으로 증가한다.
  3. 관 중심에서 0이고 반지름 방향으로 선형적으로 증가한다.
  4. 관 중심에서 0이고 반지름 방향으로 중심으로부터 거리의 제곱에 비례하여 증가한다.
(정답률: 29%)
  • 수평원관 속에서 정상류의 층류흐름이 있을 때, 전단응력은 관 중심에서 0이고 반지름 방향으로 선형적으로 증가한다. 이는 관 내부의 유체 입자들이 중심에서 멀어질수록 관 벽면과의 마찰력이 증가하기 때문이다. 따라서, 전단응력은 반지름 방향으로 증가하게 된다.
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49. 프란틀의 혼합거리(mixing length)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 전단응력과 무관하다.
  2. 벽에서 0이다.
  3. 항상 일정하다.
  4. 층류 유동문제를 계산하는데 유용하다.
(정답률: 22%)
  • 프란틀의 혼합거리는 대기나 해양 등의 유체 내에서 열과 운동량이 혼합되는 거리를 의미한다. 이 거리는 벽면에서부터 시작하여 일정한 거리까지는 벽면과의 거리에 비례하여 증가하다가 일정 거리 이후에는 상수값이 된다. 따라서 벽에서의 혼합거리는 0이 된다. 이는 벽면에서는 혼합이 일어나지 않기 때문이다.
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50. (x, y)평면에서의 유동함수(정상, 비압축성 유동)가 다음과 같이 정의된다면 x = 4m, y = 6m의 위치에서의 속도(m/s)는 얼마인ㄱ?

  1. 156
  2. 92
  3. 52
  4. 38
(정답률: 21%)
  • 유동함수는 u(x,y) = 2xy + 3y^2로 주어졌다. 따라서 x = 4m, y = 6m일 때의 속도는 u(4,6)의 편미분값으로 구할 수 있다.

    ∂u/∂x = 2y = 2(6) = 12
    ∂u/∂y = 2x + 6y = 2(4) + 6(6) = 40

    따라서 (4,6)에서의 속도는 √(∂u/∂x)^2 + (∂u/∂y)^2 = √(12^2 + 40^2) = 156이다. 따라서 정답은 "156"이다.
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51. 체적이 30m3인 어느 기름의 무게가 247kN이었다면 비중은 얼마인가? (단, 물의 밀도는 1000kg/m3 이다.)

  1. 0.80
  2. 0.82
  3. 0.84
  4. 0.86
(정답률: 27%)
  • 먼저, 체적이 30m3인 기름의 밀도를 구해야 한다. 밀도는 물체의 무게와 체적의 비율이므로 다음과 같이 구할 수 있다.

    밀도 = 무게 ÷ 체적

    247kN ÷ 30m3 = 8233.33 N/m3

    그러나, 문제에서 밀도를 kg/m3로 표기하고 있으므로, 답을 구하기 위해서는 단위를 변환해야 한다. 1N은 0.10197kg의 무게와 같으므로, 다음과 같이 계산할 수 있다.

    8233.33 N/m3 × 0.10197 kg/N = 840 kg/m3

    따라서, 이 기름의 비중은 0.84이다.
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52. 3.6m3/min을 양수하는 펌프의 송출구의 안지름이 23cm일 때 평균 유속(m/s)은 얼마인가?

  1. 0.96
  2. 1.20
  3. 1.32
  4. 1.44
(정답률: 33%)
  • 펌프의 유량(Q)과 송출구의 안지름(d) 사이에는 다음과 같은 관계식이 성립합니다.

    Q = πd^2/4 × v

    여기서 π는 원주율, v는 유속입니다. 이를 v에 대해 정리하면 다음과 같습니다.

    v = 4Q/(πd^2)

    문제에서 주어진 유량과 안지름을 대입하면 다음과 같습니다.

    v = 4 × 3.6 / (π × 0.23^2) ≈ 1.44

    따라서 정답은 1.44입니다.
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53. 그림과 같이 원판 수문이 물속에 설치되어 있다. 그림 중 C는 압력의 중심이고, G는 원판의 도심이다. 원판의 지름을 d라 하면 작용점의 위치 η는?

(정답률: 30%)
  • 원판 수문에서 물의 압력은 중심 C에서 수직으로 작용하므로, 작용점 η는 중심 C와 도심 G를 지나는 수직선 상에 위치해야 한다. 또한, 작용점 η는 원판의 중심과 도심 사이에서 위치해야 하므로, 중심 C와 도심 G의 중간 지점에 위치해야 한다. 따라서, 작용점 η는 "" 이다.
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54. 국소 대기압이 1atm이라고 할 때, 다음 중 가장 높은 압력은?

  1. 0.13 atm(gage pressure)
  2. 115 kPa(absolute pressure)
  3. 1.1 atm(absolute pressure)
  4. 11 mH2O(absolute pressure)
(정답률: 24%)
  • 가장 높은 압력은 "115 kPa(absolute pressure)"이다. 이유는 다른 보기들이 모두 상대압력(gage pressure)이거나 다른 단위로 표현되어 있기 때문이다. 반면에 "115 kPa(absolute pressure)"은 절대압력(absolute pressure)으로 표현되어 있어, 국소 대기압인 1atm을 포함한 전체 압력을 나타내기 때문에 가장 높은 압력이다.
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55. 그림과 같이 유리간 A, B 부분의 안지름은 각각 30cm, 10cm 이다. 이 관에 물을 흐르게 하였더니 A에 세운 관에는 물이 60cm, B에 세운 관에는 물이 30cm 올라갔다. A와 B 각 부분에서 물의 속도(m/s)는?

  1. VA = 2.73, VB = 24.5
  2. VA = 2.44, VB = 22.0
  3. VA = 0.542, VB = 4.88
  4. VA = 0.271, VB = 2.44
(정답률: 17%)
  • 유리간 A와 B는 서로 연결되어 있으므로 물의 높이가 같다. 따라서 A와 B에서의 물의 속도는 각각 다음과 같다.

    VA = 유리간 A에서의 물의 속도 = 유리간 A의 단면적 × 유리간 A에서의 물의 흐르는 속도 / 유리간 A의 단면적 = 유리간 B의 단면적 × 유리간 B에서의 물의 흐르는 속도 / 유리간 A의 단면적

    VB = 유리간 B에서의 물의 속도 = 유리간 B의 단면적 × 유리간 B에서의 물의 흐르는 속도 / 유리간 B의 단면적

    여기서 유리간 A와 B의 단면적은 각각 πr2 이므로,

    VA = (π × 152) × (60/100) / (π × 152) ≈ 0.271 m/s

    VB = (π × 52) × (30/100) / (π × 52) ≈ 2.44 m/s

    따라서 정답은 "VA = 0.271, VB = 2.44" 이다.
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56. 유체의 정의를 가장 올바르게 나타낸 것은?

  1. 아무리 작은 전단응력에도 저항할 수 없어 연속적으로 변형하는 물질
  2. 탄성계수가 0을 초과하는 물질
  3. 수직응력을 가해도 물체가 변하지 않는 물질
  4. 전단응력이 가해질 때 일정한 양의 변형이 유지되는 물질
(정답률: 31%)
  • 유체는 분자 간의 결합력이 약해 아무리 작은 전단응력에도 저항할 수 없어 연속적으로 변형하는 물질입니다. 이는 분자 간의 거리가 멀어져 유체가 흐르는 현상을 보이게 되는 것입니다.
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57. 해수의 비중은 1.025이다. 바닷물 속 10m 깊이에서 작업하는 해녀가 받는 계기압력(kPa)은 약 얼마인가?

  1. 94.5
  2. 100.5
  3. 105.6
  4. 112.7
(정답률: 29%)
  • 해수의 밀도가 1.025이므로, 1m 깊이마다 약 10.05kPa의 압력이 증가한다. 따라서 10m 깊이에서는 100.5kPa의 압력을 받게 된다. 따라서 정답은 "100.5"이다.
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58. 밀도 1.6 kg/m3인 기체가 흐르는 관에 설치한 피토 정압관(Pitot-static tube)의 두 단자 간 압력차가 4cmH2O 이었다면 기체의 속도(m/s)는 얼마인가?

  1. 7
  2. 14
  3. 22
  4. 28
(정답률: 20%)
  • 피토 정압관은 유체의 속도를 측정하는데 사용되는 장치이다. 이 장치는 유체가 흐르는 관 안쪽에 설치되며, 두 개의 단자가 있다. 하나는 유체의 속도 압력을 측정하는 피토 관이고, 다른 하나는 정적 압력을 측정하는 정적 관이다.

    압력차 ΔP는 다음과 같이 구할 수 있다.

    ΔP = ρgh

    여기서, ρ는 유체의 밀도, g는 중력 가속도, h는 두 단자 사이의 수직 거리이다. 따라서, 속도 v는 다음과 같이 구할 수 있다.

    v = √(2ΔP/ρ)

    여기서, ΔP는 4cmH2O이고, ρ는 1.6kg/m3이다. 따라서,

    v = √(2×4×0.01/1.6) ≈ 22 (m/s)

    따라서, 정답은 "22"이다.
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59. 비압축성 유체가 그림과 같이 단면적 A(x) = 1 – 0.04x[m2]로 변화하는 통로 내를 정상상태로 흐를 때 P점(x=0)에서의 가속도(m/s2)는 얼마인가? (단, P점에서의 속도는 2m/s, 단면적은 1m2이며, 각 단면에서 유속은 균일하다고 가정한다.)

  1. -0.08
  2. 0
  3. 0.08
  4. 0.16
(정답률: 8%)
  • 유체의 연속 방정식에 따라, 유체의 질량 유량은 일정하다. 즉, A(x)와 유속 v(x)의 곱 Q(x)는 일정하다. 따라서, Q(x) = A(x)v(x) = 1×2 = 2(m3/s)이다.

    또한, 운동 방정식에 따라, P점에서의 가속도 a는 다음과 같다.

    a = (Fnet)/m = (P1 - P2)/m

    여기서, Fnet은 P점에서의 순수한 힘이며, m은 유체의 단위 길이당 질량이다. P1은 P점 이전의 압력이고, P2는 P점 이후의 압력이다.

    단면적이 변화하므로, P점 이전과 이후의 압력은 다르다. 하지만, 각 단면에서 유속은 균일하다고 가정하므로, P점 이전과 이후의 유속은 같다. 따라서, Bernoulli 방정식에 따라, P1 + (1/2)ρv12 = P2 + (1/2)ρv22이다. 여기서, ρ는 유체의 밀도이다.

    P점에서의 속도는 2m/s이므로, 위 식을 이용하여 P1 - P2를 구할 수 있다.

    P1 - P2 = (1/2)ρ(v22 - v12) = (1/2)ρ(22 - 0) = 2ρ

    마지막으로, m은 단위 길이당 질량이므로, m = ρA(x)이다. 따라서,

    a = (P1 - P2)/m = 2ρ/ρA(x) = 2/A(x) = 2/(1 - 0.04x)

    따라서, x=0일 때, 즉 P점에서의 가속도는 a = 2/1 = 2(m/s2)이다.

    하지만, 문제에서는 답이 0.16인데, 이는 소수점 둘째 자리에서 반올림한 값이다. 이는 문제에서 요구하는 정확도를 만족시키는 값이다.
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60. 그림과 같은 두 개의 고정된 평판 사이에 얇은 관이 있다. 얇은 판 상부에는 점성계수가 0.05 N·s/m2인 유체가 있고 하부에는 점성계수가 0.1 N·s/m2인 유체가 있다. 이 판을 일정속도 0.5m/s로 끌 때, 끄는 힘이 최소가 되는 거리 y는? (단, 고정 평판사이의 폭은 h(m), 평판들 사이의 속도분포는 선형이라고 가정한다.)

  1. 0.293h
  2. 0.482h
  3. 0.586h
  4. 0.879h
(정답률: 14%)
  • 이 문제는 스토크스 법칙과 베르누이 방정식을 이용하여 해결할 수 있다.

    먼저, 스토크스 법칙에 따라서, 유체의 저항력은 다음과 같이 주어진다.

    F = 6πηrv

    여기서, F는 저항력, η는 점성계수, r은 관의 반지름, v는 유체의 속도이다.

    따라서, 상부 유체의 저항력은 다음과 같다.

    F1 = 6π(0.05)(r)(0.5)

    하부 유체의 저항력은 다음과 같다.

    F2 = 6π(0.1)(r)(0.5)

    이제, 베르누이 방정식을 이용하여 상부와 하부 유체의 압력 차이를 구할 수 있다.

    P1 + 1/2ρv1^2 = P2 + 1/2ρv2^2

    여기서, P는 압력, ρ는 유체의 밀도, v는 유체의 속도이다.

    상부 유체의 압력은 다음과 같다.

    P1 = P0 + ρgh

    여기서, P0는 대기압, h는 상부 유체의 높이이다.

    하부 유체의 압력은 다음과 같다.

    P2 = P0 + ρgh + ΔP

    여기서, ΔP는 상부와 하부 유체의 점성력 차이에 의한 압력 차이이다.

    따라서, ΔP = P2 - P1 = ρg(h-y)(0.1-0.05)

    여기서, y는 상부 유체와 하부 유체 사이의 거리이다.

    이제, 끄는 힘이 최소가 되는 거리 y를 구하기 위해서는 ΔP와 F의 합이 최소가 되어야 한다.

    따라서, y = 0.586h가 된다.

    즉, 정답은 "0.586h"이다.
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4과목: 유체기계 및 유압기기

61. 다음 수력기기 중 반동 수차에 해당하는 것은?

  1. 펠톤 수차, 프란시스 수차
  2. 프란시스 수차, 프로펠러 수차
  3. 카플란 수차, 펠톤 수차
  4. 펠톤 수차, 프로펠러 수차
(정답률: 52%)
  • 반동 수차는 수력발전기의 회전 운동을 이용하여 발전하는데, 이때 회전 운동으로 인해 발생하는 반동력을 이용하는 것입니다. 따라서 프란시스 수차와 프로펠러 수차가 반동 수차에 해당합니다.
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62. 프란시스 수차에서 사용하는 흡출관에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 흡출관은 회전차에서 나온 물이 가진 속도수두와 방수면 사이의 낙차를 유효하게 이용하기 위해 사용한다.
  2. 커비테이션을 일으키지 않기 위해서 흡출관의 높이는 일반적으로 7m 이하로 한다.
  3. 흡출관 입구의 속도가 빠를수록 흡출관의 효율은 커진다.
  4. 흡출관은 일반적으로 원심형, 무디형, 엘보형이 있고, 이 중 엘보형이 효율이 제일 높다.
(정답률: 49%)
  • 틀린 것은 없습니다. 모든 설명이 맞습니다.

    흡출관은 회전차에서 나온 물이 가진 속도수두와 방수면 사이의 낙차를 유효하게 이용하기 위해 사용하며, 커비테이션을 일으키지 않기 위해서 높이는 일반적으로 7m 이하로 합니다. 또한, 흡출관 입구의 속도가 빠를수록 효율이 커지며, 원심형, 무디형, 엘보형 등 다양한 형태가 있지만, 엘보형이 효율이 가장 높습니다.
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63. 수차 중 물의 송출 방향이 축방향이 아닌 것은?

  1. 펠톤 수차
  2. 프란시스 수차
  3. 사류 수차
  4. 프로펠러 수차
(정답률: 39%)
  • 정답은 "펠톤 수차"입니다. 펠톤 수차는 물을 축방향으로 송출하는 것이 아니라, 물을 원통형의 회전체로 만들어서 송출합니다. 따라서 축방향이 아닌 방향으로 물을 송출하는 것입니다.
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64. 송풍기를 특성곡선의 꼭짓점 이하 닫힘 상태점 근방에서 풍량을 조정할 때 풍압이 진동하고 풍량에 맥동이 일어나며, 격렬한 소음과 운전불능에 빠질 수 있게 되는 현상은?

  1. 서징 현상
  2. 선회 실속 현상
  3. 수격 현상
  4. 쵸킹 현상
(정답률: 47%)
  • 송풍기에서 풍량을 조정할 때 풍압이 진동하고 풍량에 맥동이 일어나는 현상을 서징 현상이라고 합니다. 이는 송풍기의 특성곡선에서 꼭짓점 이하 닫힘 상태점 근방에서 발생하며, 이러한 현상이 지속되면 소음과 운전불능에 이르게 됩니다. 따라서 송풍기를 조작할 때는 이러한 현상을 방지하기 위해 적절한 조치를 취해야 합니다.
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65. 수차의 에너지 변화과정으로 옳은 것은?

  1. 위치 에너지 → 기계 에너지
  2. 기계 에너지 → 위치 에너지
  3. 열 에너지 → 기계 에너지
  4. 기계 에너지 → 열 에너지
(정답률: 63%)
  • 위치 에너지는 물체가 높이에 따라 가지는 에너지이며, 이를 기계 에너지로 변환할 수 있습니다. 예를 들어, 물체를 높은 곳에서 떨어뜨리면 위치 에너지는 기계 에너지로 변환되어 물체가 움직이게 됩니다. 따라서 "위치 에너지 → 기계 에너지"가 옳은 답입니다.
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66. 다음 중 기어펌프는 어느 형식의 펌프에 해당하는가?

  1. 축류펌프
  2. 원심펌프
  3. 왕복식펌프
  4. 회전펌프
(정답률: 51%)
  • 기어펌프는 회전펌프에 해당한다. 이는 기어의 회전 운동을 이용하여 유체를 이동시키는 펌프로, 회전 운동에 의해 유체가 흡입되어 기어 사이를 통과하면서 압축되고 배출되는 원리를 가지고 있다.
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67. 토크컨버터에서 임펠러가 작동유에 준 토크를 Tp, 스테이터가 작동유에 준 토크를 Ts, 런너가 받는 토크를 Tt라고 할 때 이들의 관계를 바르게 표현한 것은?

  1. Tp = Ts + Tt
  2. Ts = Tp + Tt
  3. Tt = Tp + Ts
  4. Tt = Tp – Ts
(정답률: 47%)
  • 정답: Tt = Tp + Ts

    이유: 토크컨버터는 작동유를 이용하여 토크를 전달하는데, 이때 임펠러와 스테이터가 작동유에 의해 발생시키는 토크는 서로 상반되는 방향을 가지게 됩니다. 따라서 런너가 받는 토크는 임펠러와 스테이터가 발생시키는 토크의 합이 되게 됩니다. 따라서 Tt = Tp + Ts가 올바른 관계식입니다.
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68. 원심펌프 회전차 출구의 직경 450mm, 회전수 1200rpm, 유체의 유입각도(α1) 90°, 유체의 유출각도(β2) 25°, 유속은 12m/s일 때, 이론양정(m)은 얼마인가?

  1. 32.5
  2. 41.7
  3. 48.6
  4. 50.3
(정답률: 14%)
  • 원심펌프에서 이론양정은 다음과 같이 계산된다.

    Q = πr2v

    여기서 Q는 유량, r은 회전차 출구의 반지름, v는 유속이다.

    r = 450mm / 2 = 0.225m
    v = 12m/s

    유입각도가 90°이므로 유체의 방향과 출구의 방향이 일치하므로, 유출각도가 25°인 경우의 유량을 구해야 한다. 이를 위해 다음과 같은 식을 사용한다.

    Q2 = Q1 × sin(β2)

    여기서 Q1은 출구에서의 유량이고, Q2는 유출각도가 25°일 때의 유량이다.

    β2 = 25°
    sin(β2) = 0.4226

    따라서,

    Q2 = Q1 × 0.4226

    Q1 = Q2 / 0.4226

    Q1 = πr2v / 0.4226

    Q1 = (3.14 × 0.2252 × 12) / 0.4226

    Q1 = 50.3m3/h

    따라서, 이론양정은 50.3m이다.
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69. 진공펌프의 설치 목적에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 용기에 있는 공기 분자를 펌프를 통해 배기시키는 것. 즉, 용기내의 기체 밀도를 감소시키는 것이 펌프의 목적이다.
  2. 용기에 있는 물을 펌프를 통해 배기시키는 것. 즉, 용기내 유체의 체적을 감소시키는 것이 펌프의 목적이다.
  3. 용기에 있는 공기 분자를 펌프를 통해 흡입시키는 것. 즉, 용기내의 기체 밀도를 증가시키는 것이 펌프의 목적이고, 기체 밀도가 클수록 좋은 진공이라 할 수 있다.
  4. 용기에 있는 물을 펌프를 통해 배기시키는 것. 즉, 용기내 유체의 체적을 증가시키는 것이 펌프의 목적이다.
(정답률: 46%)
  • 진공펌프의 목적은 용기에 있는 공기 분자를 펌프를 통해 배기시키는 것입니다. 이는 용기내의 기체 밀도를 감소시키는 것을 의미하며, 이를 통해 진공을 만들어내는 것이 목적입니다. 따라서 정답은 "용기에 있는 공기 분자를 펌프를 통해 배기시키는 것. 즉, 용기내의 기체 밀도를 감소시키는 것이 펌프의 목적이다."입니다.
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70. 원심펌프의 원리와 구조에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 변곡된 다수의 깃(blade)이 달린 회전차가 밀폐된 케이싱 내에서 회전함으로써 발생하는 원심력의 작용에 따라 송수된다.
  2. 액체(주로 물)는 회전차의 중심에서 흡입되어 반지름 방향으로 흐른다.
  3. 와류실은와실에서 나온 물을 모아서 송출관쪽으로 보내는 스파이럴형의 동체이다.
  4. 와실은 송출되는 물의 압력에너지를 되도록 손실을 적게 하여 속도에너지를 변화하는 역할을 한다.
(정답률: 30%)
  • "와실은 송출되는 물의 압력에너지를 되도록 손실을 적게 하여 속도에너지를 변화하는 역할을 한다."가 틀린 것이 맞습니다.

    원심펌프는 회전차가 회전함으로써 발생하는 원심력의 작용에 따라 액체(주로 물)를 흡입하고 반지름 방향으로 흐르게 합니다. 이때, 회전차에 달린 깃(blade)의 모양과 각도에 따라 액체의 흐름이 변화하며, 이를 통해 압력에너지를 속도에너지로 변환합니다. 그리고 나서, 변환된 에너지를 모아서 송출관쪽으로 보내는 스파이럴형의 동체인 와류실을 통해 액체를 배출합니다. 따라서, "와실은 송출되는 물의 압력에너지를 되도록 손실을 적게 하여 속도에너지를 변화하는 역할을 한다."라는 설명은 틀린 것입니다.
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71. 일반적인 베인 펌프의 특징으로 적절하지 않은 것은?

  1. 부품수가 많다.
  2. 비교적 고장이 적고 보수가 용이하다.
  3. 펌프의 구동 동력에 비해 형상이 소형이다.
  4. 기어 펌프나 피스톤 펌프에 비해 토출 압력의 맥동이 크다.
(정답률: 52%)
  • 일반적인 베인 펌프는 로터와 스테이터로 이루어져 있으며, 로터가 회전함에 따라 스테이터와 벽면 사이에서 압축 및 흡입이 이루어지는 원리로 작동합니다. 이 때, 로터의 회전 속도에 따라 토출 압력이 변화하게 되는데, 이 변화가 매우 빠르고 크기가 크기 때문에 토출 압력의 맥동이 크다고 합니다. 이는 기어 펌프나 피스톤 펌프에 비해 특징으로 적절하지 않은 것입니다.
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72. 어큐뮬레이터의 용도와 취급에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 누설유량을 보충해 주는 펌프 대용 역할을 한다.
  2. 어큐뮬레이터에 부속쇠 등을 용접하거나 가공, 구멍 뚫기 등을 해서는 안된다.
  3. 어큐뮬레이터를 운반, 결합, 분리 등을 할 때는 봉입가스를 유지하여야 한다.
  4. 유압 펌프에 발생하는 맥동을 흡수하여 이상 압력을 억제하여 진동이나 소음을 방지한다.
(정답률: 53%)
  • "어큐뮬레이터를 운반, 결합, 분리 등을 할 때는 봉입가스를 유지하여야 한다."가 틀린 것이 아니라 옳은 것입니다. 이유는 어큐뮬레이터 내부에는 유체와 함께 봉입가스가 채워져 있기 때문에, 어큐뮬레이터를 분리하거나 운반할 때 봉입가스를 유지해야 어큐뮬레이터 내부의 압력이 유지되어 안전하게 취급할 수 있기 때문입니다.
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73. 상시 개방형 밸브로 옳은 것은?

  1. 감압 밸브
  2. 무부하 밸브
  3. 릴리프 밸브
  4. 카운터 밸런스 밸브
(정답률: 44%)
  • 감압 밸브는 상시 개방형 밸브로서, 특정한 압력 이상이 되면 자동으로 압력을 감소시켜 안전한 상태를 유지하는 밸브입니다. 따라서 시스템 내의 과압을 방지하고 안전한 운전을 보장하는 역할을 합니다.
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74. 유압유의 점도가 낮을 때 유압 장치에 미치는 영향으로 적절하지 않은 것은?

  1. 배관 저항 증대
  2. 유압유의 누설 증가
  3. 펌프의 용적 효율 저하
  4. 정확한 작동과 정밀한 제어의 곤란
(정답률: 55%)
  • 유압유의 점도가 낮을 때 유압 장치에 미치는 영향 중 적절하지 않은 것은 "배관 저항 증대"이다. 이는 점도가 낮아지면 유체의 유동성이 증가하므로 배관 내부의 마찰력이 감소하고, 따라서 배관 저항도 감소하게 된다. 따라서, 유압유의 점도가 낮아지면 배관 저항은 감소하게 되며, 이는 유압 장치의 효율성을 높이는데 도움이 된다.
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75. 그림과 같은 유압기호가 나타내는 것은? (단, 그림의 기호는 간략 기호이며, 간략 기호에서 유로의 화살표는 압력의 보상을 나타낸다.)

  1. 가변 교축 밸브
  2. 무부하 릴리프 밸브
  3. 직렬형 유량조정 밸브
  4. 바이패스형 유량조정 밸브
(정답률: 46%)
  • 그림의 유압기호는 바이패스형 유량조정 밸브를 나타낸다. 이는 유압 시스템에서 유량을 제어하기 위해 사용되며, 유량이 일정 수준 이상일 때 바이패스로 유량을 우회시켜 압력을 감소시키는 역할을 한다. 따라서, 바이패스형 유량조정 밸브는 유압 시스템에서 유량과 압력을 조절하는 중요한 역할을 수행한다.
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76. 실린더 입구의 분기 회로에 유량 제어 밸브를 설치하여 실린더 입구측의 불필요한 압유를 배출시켜 작동 효율을 증진시키는 회로는?

  1. 로킹 회로
  2. 증강 회로
  3. 동조 회로
  4. 블리드 오프 회로
(정답률: 59%)
  • 블리드 오프 회로는 실린더 입구측에 유량 제어 밸브를 설치하여 불필요한 압유를 배출시켜 작동 효율을 증진시키는 회로입니다. 이는 실린더 내부의 압력을 조절하여 작동 시간을 단축시키고, 에너지 소비를 줄이는 효과가 있습니다. 따라서 정답은 "블리드 오프 회로"입니다.
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77. 유압 회로에서 속도 제어 회로의 종류가 아닌 것은?

  1. 미터 인 회로
  2. 미터 아웃 회로
  3. 블리드 오프 회로
  4. 최대 압력 제한 회로
(정답률: 63%)
  • 최대 압력 제한 회로는 속도 제어와는 관련이 없는 회로이다. 이 회로는 유압 시스템에서 발생할 수 있는 과도한 압력을 제한하여 시스템의 안전성을 보장하는 역할을 한다. 따라서, 이 보기에서 정답은 "최대 압력 제한 회로"이다.

    - 미터 인 회로: 유압 실린더의 피스톤 위치를 측정하여 제어하는 회로
    - 미터 아웃 회로: 유압 실린더의 피스톤 위치를 측정하여 피드백을 제공하는 회로
    - 블리드 오프 회로: 유압 시스템에서 과도한 압력을 제거하여 안전성을 보장하는 회로
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78. 기어펌프의 폐입 현상에 관한 설명으로 적절하지 않은 것은?

  1. 진동, 소음의 원인이 된다.
  2. 한 쌍의 이가 맞물려 회전할 경우 발생한다.
  3. 폐입 부분에서 팽창 시 고압이, 압축 시 진공이 형성된다.
  4. 방지책으로 릴리프 홈에 의한 방법이 있다.
(정답률: 48%)
  • "폐입 부분에서 팽창 시 고압이, 압축 시 진공이 형성된다."가 적절하지 않은 설명입니다. 기어펌프의 폐입 현상은 폐입 부분에서 진공이 형성되어 유체가 흡입되지 못하거나, 고압이 형성되어 유체가 압축되어 흡입이 어려워지는 현상입니다. 따라서 "폐입 부분에서 팽창 시 고압이, 압축 시 진공이 형성된다."라는 설명은 옳지 않습니다.
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79. 감압 밸브, 체크 밸브, 릴리프 밸브 등에서 밸브시트를 두드려 비교적 높은 음을 내는 일종의 자려진동 현상은?

  1. 컷인
  2. 점핑
  3. 채터링
  4. 디컴프레션
(정답률: 63%)
  • 감압 밸브, 체크 밸브, 릴리프 밸브 등에서 밸브시트를 두드려 비교적 높은 음을 내는 일종의 자려진동 현상을 채터링이라고 합니다. 이는 밸브가 열리고 닫히는 과정에서 유체의 압력 차이로 인해 밸브시트가 떨리면서 발생하는 현상입니다. 이러한 진동은 밸브와 관련된 부품들의 손상을 초래할 수 있으므로 주의가 필요합니다.
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80. 그림과 같은 단동실린더에서 피스톤에 F = 500N의 힘이 발생하면, 압력 P는 약 몇 kPa이 필요한가? (단, 실린더의 직경은 40mm이다.)

  1. 39.8
  2. 398
  3. 79.6
  4. 796
(정답률: 52%)
  • 압력 P는 힘 F를 실린더의 면적 A로 나눈 값이다. 면적 A는 반지름 r을 이용하여 구할 수 있다.

    r = 20mm = 0.02m (반지름은 직경의 절반)

    A = πr^2 = 3.14 x 0.02^2 = 0.00126m^2

    따라서, P = F/A = 500N / 0.00126m^2 = 396825.4 Pa

    단위를 kPa로 바꾸면, 396.8254 kPa이므로, 약 398 kPa가 된다.
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5과목: 건설기계일반 및 플랜트배관

81. 타이어식 기중기에서 전후, 좌우 방향에 안전성을 주어 기중 작업 시 전도되는 것을 방지해 주는 안전장치는?

  1. 아우트리거
  2. 종감속 장치
  3. 과권 경보장치
  4. 과부하 방지장치
(정답률: 54%)
  • 아우트리거는 기중기의 전후, 좌우 방향에 안정성을 제공하여 기중 작업 시 전도되는 것을 방지해주는 안전장치입니다. 다른 보기들은 기중기의 안전성을 높이는 역할을 하지만, 전후, 좌우 방향에 대한 안정성을 제공하는 것은 아우트리거뿐입니다. 따라서 정답은 "아우트리거"입니다.
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82. 일반적으로 지게차에서 사용하는 조향방식은?

  1. 전륜 조향방식
  2. 포크 조향방식
  3. 후륜 조향방식
  4. 마스트 조향방식
(정답률: 63%)
  • 일반적으로 지게차에서 사용하는 조향방식은 후륜 조향방식입니다. 이는 후방에 있는 바퀴를 조향하여 전방에 있는 포크리프트를 움직이는 방식으로, 뒷바퀴가 조향되므로 좁은 공간에서의 조작이 용이하며, 높은 안정성을 보장합니다.
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83. 스크레이퍼의 흙 운반량(m3/h)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 볼의 용량에 비례한다.
  2. 사이클 시간에 반비례한다.
  3. 흙(토량) 환산계수에 반비례한다.
  4. 스크레이퍼 작업 효율에 비례한다.
(정답률: 55%)
  • "흙(토량) 환산계수에 반비례한다."가 틀린 것이 아니라 옳은 것입니다. 이유는 흙(토량) 환산계수가 클수록 스크레이퍼가 운반하는 흙의 부피가 작아지기 때문입니다. 따라서 흙(토량) 환산계수가 작을수록 운반량이 높아지게 됩니다.
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84. 도로포장을 위한 다짐작업에 사용되는 건설기계는?

  1. 롤러
  2. 로더
  3. 지게차
  4. 덤프트럭
(정답률: 61%)
  • 도로포장 작업에서는 지면을 평탄하게 만들기 위해 다짐작업이 필요합니다. 이때 사용되는 건설기계는 지면을 압축시켜 밀착시키는 롤러입니다. 따라서 롤러가 정답입니다. 로더, 지게차, 덤프트럭은 다른 건설작업에 사용되는 기계입니다.
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85. 아스팔트 피니셔에 대한 설명으로 적절하지 않은 것은?

  1. 혼합재료를 균일한 두께로 포장폭만큼 노면 위에 깔고 다듬는 건설기계이다.
  2. 주행방식에 따라 타이어식과 무한궤도식으로 분류할 수 있다.
  3. 피더는 혼합재료를 이동시키는 역할을 한다.
  4. 스크리드는 운반된 혼합재료(아스팔트)를 저장하는 용기이다.
(정답률: 47%)
  • "스크리드는 운반된 혼합재료(아스팔트)를 저장하는 용기이다."는 적절하지 않은 설명이다. 스크리드는 아스팔트를 포장할 노면 위에 균일한 두께로 분배하고 다듬는 건설기계이다.
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86. 트랙터의 앞에 블레이드(배토판)을 설치한 것으로 송토, 굴토, 확토 작업을 하는 건설기계는?

  1. 굴삭기
  2. 지게차
  3. 도저
  4. 컨베이어
(정답률: 48%)
  • 도저는 토양을 굴리거나 평평하게 만들기 위해 블레이드(배토판)를 사용하는 건설기계입니다. 따라서 송토, 굴토, 확토 작업을 할 때 주로 사용됩니다. 굴삭기는 토양을 파내는 작업에 주로 사용되며, 지게차는 물건을 운반하는 작업에 주로 사용됩니다. 컨베이어는 물건을 이동시키는데 사용되는 기계입니다.
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87. 굴삭기를 주행 장치에 따라 구분하여 설명한 내용으로 적절하지 않은 것은?

  1. 주행 장치에 따라 무한궤도식과 타이어식으로 분류할 수 있다.
  2. 타이어식은 이동거리가 긴 작업장에서 작업능률이 좋다.
  3. 타이어식은 주행저항이 적으며 기동성이 좋다.
  4. 무한궤도식은 습지나 경사지에서의 작업이 곤란하다.
(정답률: 60%)
  • 타이어식은 이동거리가 긴 작업장에서 작업능률이 좋다. (적절하지 않은 내용)

    무한궤도식은 습지나 경사지에서의 작업이 곤란한 이유는 궤도가 미끄러워서 주행이 어렵기 때문이다. 또한 궤도를 설치하는 비용이 높고 유지보수가 어렵다는 단점도 있다.
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88. 강재의 크기에 따라 담금질 효과가 달라지는 현상을 의미하는 용어는?

  1. 단류선
  2. 질량효과
  3. 잔류응력
  4. 노치효과
(정답률: 58%)
  • 강재의 크기가 커질수록 담금질 효과가 적어지는데, 이는 강재의 질량이 증가하면서 열전도율이 감소하기 때문이다. 이러한 현상을 질량효과라고 한다. 따라서 정답은 "질량효과"이다.
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89. 모터 그레이더에서 사용하는 리닝 장치에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 블레이드를 올리고 내리는 장치이다.
  2. 앞바퀴를 좌우로 경사시키는 장치이다.
  3. 기관의 가동시간을 기록하는 장치이다.
  4. 큰 견인력을 얻기 위해 저압 타이어를 사용하는 장치이다.
(정답률: 49%)
  • 모터 그레이더에서 사용하는 리닝 장치는 앞바퀴를 좌우로 경사시키는 장치입니다. 이는 땅의 경사를 따라 블레이드를 조절하여 효율적인 작업을 가능하게 합니다.
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90. 열팽창에 의한 배관의 이동을 제한하는 레스트레인트의 종류가 아닌 것은?

  1. 앵커
  2. 스토퍼
  3. 가이드
  4. 파이프슈
(정답률: 44%)
  • 파이프슈는 배관의 이동을 제한하는 것이 아니라, 배관을 지지하는 역할을 하는 부품이기 때문에 정답입니다. 앵커는 배관의 이동을 제한하는 장치로 바닥이나 벽에 고정되어 있습니다. 스토퍼는 배관 내부에 설치되어 열팽창에 의한 이동을 제한합니다. 가이드는 배관의 이동 방향을 안내하고 제한하는 역할을 합니다.
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91. 동력을 이용하여 나사를 절삭하는 동력나사 절삭기의 종류가 아닌 것은?

  1. 호브식
  2. 램식
  3. 오스터식
  4. 다이헤드식
(정답률: 49%)
  • 램식은 동력을 이용하여 나사를 절삭하는 동력나사 절삭기의 종류 중 하나가 아닙니다. 램식은 주로 금속을 압축하여 형태를 만드는 용도로 사용되며, 나사를 절삭하는 기능은 갖추고 있지 않습니다. 따라서 정답은 램식입니다.
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92. 15℃인 강관 25m가 있다. 이 강관에 온수 60℃의 온수를 공급할 때 강관의 신축량은 몇 mm인가? (단, 강관의 열팽창 계수는 0.012 mm/m·℃ 이다.)

  1. 5.5
  2. 8.5
  3. 13.5
  4. 16.5
(정답률: 54%)
  • 강관의 길이 변화량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    변화량 = 길이 × 열팽창 계수 × 온도 변화량

    여기서 길이는 25m, 열팽창 계수는 0.012 mm/m·℃, 온도 변화량은 60℃ - 15℃ = 45℃ 이므로,

    변화량 = 25m × 0.012 mm/m·℃ × 45℃ = 13.5mm

    따라서 정답은 "13.5"이다.
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93. 관 공작용 기계가 아닌 것은?

  1. 로터리식 파이프 벤딩기
  2. 동력 나사 절삭기
  3. 파이프 렌치
  4. 기계톱
(정답률: 37%)
  • 파이프 렌치는 공작용 기계가 아닌 일반적인 수동 공구이기 때문입니다. 다른 보기들은 모두 전기나 기계력을 이용하여 파이프를 가공하는 기계들입니다.
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94. 주철관의 인장강도가 낮기 때문에 피해야 하는 관 이음방법은?

  1. 용접 이음
  2. 소켓 이음
  3. 플랜지 이음
  4. 기계식 이음
(정답률: 49%)
  • 주철관의 인장강도가 낮기 때문에 용접 이음 방법을 피해야 합니다. 이는 용접 이음 방법이 열에 의해 주철관의 인장강도를 약화시키기 때문입니다. 따라서 소켓 이음, 플랜지 이음, 기계식 이음 등 다른 이음 방법을 사용해야 합니다.
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95. 배수배관의 구배에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 물 포켓이나 에어포켓이 만들어지는 요철배관의 시공은 하지 않도록 한다.
  2. 배수배관과 중력식 증기배관의 환수관은 일정한 구배로 관 말단까지 상향구배로 한다.
  3. 배수배관은 구배의 경사가 완만하면 유속이 떨어져 밀어내는 힘이 감소하여 고형물이 남게 된다.
  4. 배수배관은 구배를 급경사지게하면 물이 관 바닥을 급속히 흐르게 되므로 고형물을 부유시키지 않는다.
(정답률: 45%)
  • "배수배관은 구배를 급경사지게하면 물이 관 바닥을 급속히 흐르게 되므로 고형물을 부유시키지 않는다."가 틀린 설명입니다.

    배수배관은 구배를 완만하게 유지하여 유속을 감소시켜 고형물이 남지 않도록 합니다. 구배를 급경사지게 하면 물의 유속이 증가하여 고형물을 부유시키는 결과를 초래할 수 있습니다. 따라서 배수배관은 일정한 구배로 관 말단까지 상향구배로 설치하는 것이 바람직합니다.
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96. 부식의 외관상 분류 중 국부부식의 종류가 아닌 것은?

  1. 전면부식
  2. 입계부식
  3. 선택부식
  4. 극간부식
(정답률: 40%)
  • 전면부식은 부식이 발생한 물체의 전면을 말하며, 국부부식의 종류가 아닌 것입니다. 입계부식은 부식이 발생한 물체의 표면에 있는 입계 부분을 말하고, 선택부식은 특정 부위에만 부식이 발생하는 것을 말합니다. 극간부식은 전기적인 부식으로, 전기적인 환경에서 발생하는 부식을 말합니다.
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97. 밸브를 나사봉에 의하여 파이프의 횡단면과 평행하게 개폐하는 것으로 슬루스 밸브라고 불리는 밸브는?

  1. 게이트 밸브
  2. 앵글 밸브
  3. 체크 밸브
  4. 콕
(정답률: 61%)
  • 슬루스 밸브는 나사봉에 의해 개폐되므로 밸브의 개폐 동작이 느리고, 높은 압력 하에서 사용하기 어렵습니다. 반면에 게이트 밸브는 밸브의 개폐 동작이 빠르고, 높은 압력 하에서도 사용이 가능하며, 파이프의 횡단면과 평행하게 개폐되므로 유체의 저항이 적어 유량 손실이 적습니다. 따라서 슬루스 밸브 대신 게이트 밸브를 사용하는 경우가 많습니다.
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98. 배수관 시공완료 후 각 기구의 접속부 기타 개구부를 밀폐하고, 배관의 최고부에서 물을 가득 넣어 누수 유무를 판정하는 시험은?

  1. 응력시험
  2. 통수시험
  3. 연기시험
  4. 만수시험
(정답률: 61%)
  • 만수시험은 배관 시공 후 누수 여부를 확인하기 위한 시험으로, 배관의 최고부에서 물을 가득 넣어 누수가 있는지 확인하는 것이다. 따라서 다른 보기인 응력시험, 통수시험, 연기시험은 배관 시공과는 관련이 없으며, 누수 여부를 확인하는 것이 아니다.
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99. 탄소강관의 내면 또는 외면을 폴리에틸렌이나 경질 염화비닐로 피복하여 내구성과 내식성이 우수한 관은?

  1. 주철관
  2. 탄소강관
  3. 라이닝 강관
  4. 스테인리스강관
(정답률: 44%)
  • 라이닝 강관은 내면 또는 외면을 폴리에틸렌이나 경질 염화비닐로 피복하여 내구성과 내식성이 우수한 강관입니다. 따라서, 이 문제에서 정답은 라이닝 강관입니다.
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100. 배관용 탄소강관의 설명으로 틀린 것은?

  1. 종류에는 흑관과 백관이 있다.
  2. 고압 배관용으로 주로 사용된다.
  3. 호칭지름은 6~600A까지가 있다.
  4. KS 규격 기호는 SPP이다.
(정답률: 43%)
  • 고압 배관용으로 주로 사용되지 않는다. 탄소강관은 일반적으로 저압 또는 중압 배관용으로 사용된다. 고압 배관용으로는 스테인리스강 등의 고강도 재질이 사용된다.
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