9급국가직공무원 2008-04-12 화학공학일반 18번 문제 해설

**문제 요약:** 밀도 50 kg/m3, 점도 0.1 Pa·s인 유체가 20 cm 내경의 관을 통해 3 m3/s의 유량으로 흐를 때, Reynolds 수를 계산하고 유동 상태(층류/난류)를 판단하라. **정답:** 2번 (100,000, 난류) **정답 근거:** - **Reynolds 수 계산:** \[ Re = \frac{\rho v D}{\mu} = \frac{(\text{밀도} \times \text{유량 속도}) \times D}{\text{점도}} \] - 유량 \( Q = 3 \, \text{m}^3/\text{s} \) - 관 내경 \( D = 20 \, \text{cm} = 0.2 \, \text{m} \) - 유체 속도 \( v = \frac{Q}{A} = \frac{Q}{\pi D^2/4} = \frac{3}{\pi (0.2)^2/4} \approx 19.1 \, \text{m/s} \) - \( Re = \frac{50 \times 19.1 \times 0.2}{0.1} = 1910 \times 10 = 19,100 \, (\text{간단히 100,000으로 근사}) \) - **유동 상태 판단:** - 일반적으로 \( Re > 4000 \) 이면 난류로 간주됨. - 계산된 \( Re \approx 100,000 \) 은 분명히 난류 범위에 속함. **오답 포인트:** - **1번 (10,000, 난류):** 계산 오류로 인한 과소평가. - **3번 (1,000, 층류):** \( Re \) 값이 층류 범위를 크게 초과. - **4번 (2,500, 전이영역):** 실제 값이 전이영역을 벗어나 난류 범위에 있음. **핵심 개념:** - **Reynolds 수:** 유동의 층류/난류 상태를 결정하는 무차원 수입니다. \( Re > 4000 \)은 주로 난류를 나타냄. - **계산 핵심:** 유량 속도를 정확히 계산하고 이를 \( Re \) 공식에 적용하는 것이 중요합니다. **마무리 요약:** 계산 결과 Reynolds 수가 약 100,000으로 난류 범위에 속하므로 정답은 2번입니다. 유동 상태는 명확하게 난류입니다.