[원자력기사] 2021년 05월 15일(2회) 해설 (41~45)

※ 공부하는 수험생 입장에서 원자력기사에 관한 문제 해설조차 없는게 안타까워 만들었습니다.

저도 공부하는 입장이라 잘 모르는 부분이 많습니다.

애매한 부분은 빨간색으로 표시했으니, 참고하시면 좋을 것 같습니다.

강조하고 싶은 부분은 형광색으로 표시했습니다.

혹 잘못된 부분, 더 좋은 풀이를 알고 계신 분들은 댓글로 남겨주세요.

 

https://www.comcbt.com/

최강 자격증 기출문제 전자문제집 CBT

모든 문제는 이 곳에서 다운 및 열람할 수 있습니다.

본 게시글은 PC에 최적화되어 있습니다.

 

 

정답 : 3

 

문제에서 압력강하의 단위를 명시하지 않아 고생했던 문제입니다.

(원래 알려주지 않는건지, 아니면 표기가 안된건지 모르겠네요.)

 

미리 말씀드리면 6.122kPa입니다.

 

이 문제를 풀기 위해서는 Darcy - Weisbach Equation을 알아야합니다.

 

$$ \Delta p = f \frac{L}{D}(\frac{\rho v^{2}}{2}) $$

 

(델타p는 압력강하, f는 마찰계수(Friction Factor),

L은 배관 길이, D는 직경(Diameter), 로는 밀도, v는 유속)

 

따라서, 주어진 조건을 식에 대입하면

(단, 물의 밀도는 1000kg/m^3으로 가정)

 

$$ 6122[Pa] = 0.015 \times \frac{10}{D} \times \frac{1000 \times 4^{2}}{2} [Pa]$$

 

(D는 [m])

 

따라서, D는 0.196m = 20cm

 

 

정답 : 1

 

이 문제를 풀기 위해서는 대류 열전달 공식을 알아야합니다.

 

$$ q [W] = hA\Delta T = hA(T_{high} - T_{low}) $$

(h는 열전달계수, A는 표면적, 델타T는 온도 차)

 

이 식은 다음과 같이 표현될 수도 있습니다.

 

$$ q'' [W/m^{2}] = h\Delta T $$

 

문제에서 제시한 조건은 단위길이 당 발생하는 열로 주어져있네요.

 

따라서, 식을 조금 변형해보면

 

$$ q' [W/m] = hD\Delta T $$

 

위에서 A가 표면적이었으니, D는 길이가 되겠네요.

 

최종적으로 식은 다음과 같습니다.

 

$$ 1000[W/m] = 15 [W/m^{2}K] \times 2\pi r [m] \times \Delta T [K] $$

 

(계산의 이해를 돕기 위해서 [단위]를 추가했습니다.)

 

계산해보면 델타 T는 106이 나옵니다.

 

델타 T는 높은 온도에서 낮은 온도의 차이므로 20 + 106 = 126도가 나오게 됩니다.

 

(어차피 온도의 차이므로 K, C는 별로 상관없습니다.)

 

 

 

정답 : 3

 

혹시 어떤 식인지 알아보셨나요?

 

한번쯤은 들어보셨을만한 베르누이 방정식입니다.

 

베르누이 방정식은 다음과 같은 조건 하에서만 유효합니다.

 

1. 점성, 압축성이 없는 이상적 유체

2. 시간에 대한 변화 없음(정상 상태, Steady State)

3. 하나의 유선(Streamline)

 

베르누이 방정식 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

 

 

정답 : 2

 

이 문제를 풀기 위해서는 등가직경(수력직경, Hydraulic Diameter)과 유닛 셀(Unit Cell)에 대해 알아야합니다.

 

우선 수력직경은 다음과 같은 공식으로 구할 수 있습니다.

 

$$ D_{h} = \frac{4A_{f}}{P_{w}} $$

 

(Dh는 수력직경, Af는 유동단면적, Pw는 유체와 만나는 선의 길이)

 

쉽게 생각하면 Af 는 실제 유체가 지나가는 곳의 면적,

Pw는 실제 유체와 맞닿은 곳의 길이라고 생각하시면 됩니다.

 

배관의 형태에 따른 수력직경도 추후 포스팅을 하겠습니다.

 

그 다음으로 알아야할 것은 바로 유닛 셀(단위 격자)입니다.

 

Af, Pw를 구하기 위해선 일정한 단위를 지정해주어야 합니다.

 

핵연료 배치에서는 크게 두 가지의 형태로 지정할 수 있습니다.

 

빨간색, 파란색 모두 지정가능한 유닛 셀

 

이번에는 빨간색 유닛 셀을 기준으로 풀어보겠습니다.

 

 

가운데 핵연료를 냉각재가 둘러쌓은 형태입니다.

 

파란색으로 빗금친 부분이 실제 유체가 지나가는 곳의 면적이고,

 

초록색 선이 유체와 맞닿은 부분입니다.

 

빨간색 테두리도 유체와 맞닿은 부분이 아닌가 생각할 수도 있지만

 

유닛 셀을 붙여본다면 그 부분은 냉각재의 한 가운데이므로 아닙니다.

 

따라서,

 

$$ A_{f} = 사각형 - 원형 = 2^{2} - \pi \times 0.6^2 = 2.87cm^{2} $$

$$ P_{w} = 원의 둘레 = 1.2\pi = 3.77cm $$

$$ D_{h} = \frac{4 \times 2.87}{3.77} = 3.045cm $$

 

파란색 유닛 셀도 같은 답이 나오므로 꼭 한 번 풀어보세요.

 

 

정답 : 4

 

주증기격리밸브 : 주증기계통