9급국가직공무원 2015-04-18 화학공학일반 16번 문제 해설

문제 요약:
내경 0.01m 관에서 평균유속 0.7m/s의 액체 (밀도 100 kg/m3, 점도 0.1 Pa·s)의 레이놀즈 수를 계산하고, 흐름 유형을 판단하라.

정답:
- 정답: 1번 (70, 층류)

근거:
레이놀즈 수 N_{Re} 공식:
\[ N_{Re} = (\rho v D/\mu) \]
- \rho (밀도) = 100 kg/m3
- v (유속) = 0.7 m/s
- D (내경) = 0.01 m
- \mu (점도) = 0.1 Pa·s

계산:
\[ N_{Re} = (100 × 0.7 × 0.01/0.1) = 7 \]

레이놀즈 수가 7 이하일 때 흐름은 주로 층류로 간주된다.

오답 포인트:
- 2, 3, 4번: 레이놀즈 수가 계산 결과보다 훨씬 높게 가정하고 난류로 판단하였다.
- 난류는 일반적으로 레이놀즈 수가 4000 이상일 때 발생한다.

핵심 개념:
- 레이놀즈 수는 유체의 흐름 유형 (층류/난류)을 결정한다.
- 층류: N_{Re} < 2300 (액체의 경우 대략 2000 이하), 난류: N_{Re} > 4000 (액체에서는 보통 이 이상).

마무리 요약:
계산 결과 레이놀즈 수가 7로 낮게 나왔으므로 이 액체의 흐름은 층류임을 확인할 수 있다.