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:
\[
Re = (\rho v D/\mu) = ((밀도 × 유량 속도) × D/점도)
\]
- 유량 Q = 3 \, m³/s
- 관 내경 D = 20 \, cm = 0.2 \, m
- 유체 속도 v = (Q/A) = (Q/π D²/4) = (3/π (0.2)²/4) ≈ 19.1 \, m/s
- Re = (50 × 19.1 × 0.2/0.1) = 1910 × 10 = 19,100 \, (간단히 100,000으로 근사)

- 유동 상태 판단:
- 일반적으로 Re > 4000 이면 난류로 간주됨.
- 계산된 Re ≈ 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.