1. 카르노 사이클
카르노 사이클은 이상적인 가정 하에 열에너지를 일에너지로 변환시키는 가장 효율적인 방법에 대한 것입니다.
카르노 기관은 모든 과정이 완전히 가역적이며 내부 마찰과 같은 에너지 손실이 없다고 가정합니다.
등온 팽창 - 단열 팽창 - 등온 압축 - 단열 압축 총 4가지 과정으로 이루어져 있습니다.
카르노 사이클의 효율은 1- 저온 온도/ 고온 온도 입니다.
2. 랭킨 사이클
랭킨 사이클은 열에너지를 일에너지로 물을 통해 바꾸는 과정입니다. 대부분의 증기 터빈 기관에서 적용되는 방식입니다.
이것은 정압 가열 - 단열 팽창 - 정압 방열 - 단열 압축으로 이루어져 있습니다.
펌프 - 보일러 - 터빈 - 방열기 4가지 기관으로 구성되어 있으며, 보일러를 통해 열을 얻고 유체가 가열되며 터빈에 유체가 단열 팽창하고 방열기로 열에너지가 방출되고 다시 펌프를 통해 압축되는 사이클입니다.
(https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Ffactoryforvalue.tistory.com%2F177&psig=AOvVaw0x2ozsY_t_IeDjsay1W82o&ust=1684203971352000&source=images&cd=vfe&ved=0CBEQjRxqFwoTCKDfs-2i9v4CFQAAAAAdAAAAABAQ)
랭킨 사이클의 효율은 일(터빈 - 펌프) / 보일러 열에너지입니다.
3. 헌열, 잠열
헌열은 물체의 상변화가 일어나지 않은 상태에서 물질의 온도가 올라가는데 필요한 열에너지입니다.
잠열은 물질의 온도가 일어나지 않고 물질의 상변화에 필요한 열에너지입니다.
물이 열교환에 사용되는 이유가 액체였을떄의 열용량도 크지만 상태변화에 의한 잠열이 훨씬 크기 때문에
유량에 비해 훨씬 더 많은 에너지를 운반할 수 있어서 사용됩니다.
4. 베르누이 법칙
베르누이법칙은 비압축성, 비점성 유체에 관하여 위치에너지, 운동에너지, 압력에너지에 관한 식입니다.
이로 인해 위치, 운동, 압력에 변화가 일어나면 다른 에너지들에 변화를 일으켜 전과 후가 식이 같아지게 됩니다.
예를 들면, 날개가 없는 선풍기의 둥근 내부는 곡선으로 이루어져 있습니다. 이로 인해 공기가 이동하면서 유속이
증가하게 되는데 또 이것으로 인하여 선풍기 전후의 압력차가 낮아지게 됩니다. 그래서 공기가 압력차에 의해 이동
하게 되면서 기존의 더 빠른 속도로 바람이 불어오게됩니다.
5. 레이놀드 수
레이놀드 수는 유체가 층류로 흐르는지 난류로 흐르는지에 대해 알게 해줍니다. 정의는 관성력/점성력이며 레이놀드 수가
클수록 관성력이 커져 무작위로 흐르는 난류로 흐르며, 작을수록 관성력에 비해 점성력이 커져 층류로 흐르게됩니다.
6. 열전달 3가지
전도 : 전도는 주로 고체의 열전달 방법에 속하며, 직접 맞닿는 물체에 의존하여 열이 전달되는 방법입니다. 이와 관련된
법칙으로는 푸리에 법칙이 있으며 q= -kAdt/dl입니다.
대류 : 대류는 주로 유체의 열전달 방법에 속하며, 유체가 이동하면서 열이 전달되는 방법입니다. q= hA(대류 온도차)입니다.
복사 : 복사는 가장 쉽게 태양에 의한 열전달 방법에 속하며, 매개 물질 없이 전달되고 가장 빠르게 열이 전달되는 방식입니다. 이와 관련된 법칙으로는 스테판-홀츠만 법칙이 있으며, 복사 에너지는 열이 전달되는 면적, 온도의 네제곱에 비례하는 법칙입니다.
7. 비열, 열용량, 열량
열량은 열이 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 열의 양에 대한 것입니다.
열용량은 물질 온도 1도를 높이는데 필요한 열의 양입니다.
비열은 어떤 물질 1kg 1도를 높이는데 필요한 열의 양입니다.
8. 증류탑 원리
증류탑의 원리는 혼합물을 끓는점의 차이를 이용하여 분리하는 것입니다.
9. 증류탑 구성요소
증류탑의 구성요소에는 column, tray 상층부에는 condesner, reflux drum, pump가 있고 하층부에는 reboiler가 존재합니다.
10. 증류탑 tray 종류
증류탑 tray의 종류에는 seive tray, valve tray, bubble cap tray 등이 존재합니다.
1. sieve tray
이것은 가장 간단한 구조의 트레이입니다. 쟁반모양에 구멍이 뚫려있는 형태이며 가장 가격이 싸지만 weeping이 잘 일어난다는 단점이 있습니다.
2. valve tray
이것은 일정한 압력 이상을 받을 시 밸브가 열리며 유체를 이동시키는 트에이 이며 시브 트레이보다는 가격이 나가지만 weeping을 효과적으로 막을 수 있어 산업에서 가장 많이 쓰이는 트레이입니다.
3. bubblecap tray
이것은 트레이 위에 버블캡이라는 것이 놓여 있는 형태입니다. 이로 인해 weeping을 가장 잘 막을 수 있지만 그로 인해 설계하는데 비용이 많이 든다는 단점이 존재합니다.
11. 스테인리스강?
이것은 크롬을 12%이상 합금입니다. 이로 인해 철 주변에 크롬을 얇게 형성하여 녹슬지 않도록하며, 크롬 이외에도 다른 탄소, 니켈, 규소 등을 합금할 수 있습니다.
12. 벨브 종류
벨브의 종류는 다양하지만 그 중에서도 게이트벨브, 글로브벨브, 체크벨브가 있습니다.
- 게이트벨브
문의 상하 움직임에 의해 유량을 조절하는 벨브입니다.
- 글로브벨브
일상생활에서 사용되는 수도꼭지가 예시이며, 섬세한 유량조절을 가능하게합니다.
- 체크벨브
유체의 역류를 방지하고 한방향으로 흐를 떄 사용합니다.
13. 펌프 종류
펌프는 산업에서의 유체의 이동을 위해 사용됩니다. 펌프의 종류는 다양하지만 그 중에서도 원심, 왕복,
회전, 특수 펌프가 있습니다.
- 왕복펌프
피스톤, 플런저의 왕복운동으로 운전
적은 유량, 높은 점도의 수송에 사용됨
- 원심펌프
임펠러의 회전으로 운전
산업에서 가장 많이 쓰이며 가격이 싸고 소형이다
하지만 공동현상 발생
- 회전펌프, 특수펌프
14. 컴프레서 종류
컴프레서는 기체를 압축시켜 이송시킬 때 사용됩니다.
- 원심, 축류, 왕복 컴프레서
15. 공동 현상, 서징 현상, 수격 현상
1) 공동현상은 펌프를 높은 운전능력으로 사용할 시, 임펠러의 흡입 압력이 낮아져 유체가 대기압보다 낮아서 기포가 생기는 현상입니다. 이로 인해, 기체가 압력을 받아 터지면서 소음이나 펌프의 내부에 손상을 가할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해서 유효흡입양정을 따라야합니다.
유효흡입양정은 펌프에서 공동현상이 일어나지 않도록 하는 것에 대한 내용입니다.
유효흡입수두 > 1.3 필요흡입수두 이어야 합니다.
유효흡입수두는 펌프 설치 조건( 펌프 높이, 대기압, 손실 수두 등)과 관련된 값입니다.
필요흡입수두는 펌프의 성능, 즉 임펠러의 압력강하와 관련된 값입니다. 그래서 펌프 설치조건에 따라 유효흡입수두를 구하고 맞는 펌프를 선정해야합니다.
2) 서징현상은 펌프의 운전 중에 압력계기의 눈금이 어떤 주기를 가지고 큰 진폭으로 흔들림과 동시에 토출량은 어떤 범위에서 주기적으로 변동이 발생하고 흡입 및 토출배관의 주기적인 진동과 소음을 수반하는 것입니다.
대책으로는 바이패스관을 설치하거나 펌프의 H-Q 곡선이 우하향 그래프를 가진 것을 채택하는 것입니다.
3) 수격현상은 게이트가 급격하게 개폐되면서 유체의 속도에너지가 압력에너지로 변환되어 소음을 유발하거나 펌프의 장치에 손상을 가할 수도 있는 현상입니다. 이를 방지하기 위해서는 게이트의 개폐 속도를 조절하거나, 수격방지기, fly wheel을 설치해야합니다. fly wheel을 통해 유체가 펌프로 들어오는 path를 길게하여 유량의 급저하를 막을 수 있습니다.
16. 유량 측정방법
1) 오리피스미터는 오리피스관 전후의 압력차이를 계산하여 유량을 구하는 방식입니다. 설치가 간단하고 비용이 싸지만
압력손실이 크다는 단점이 있습니다.
2) 벤투리미터는 노즐 후방에 확대관을 두어 압력손실을 최소화했습니다. 단점으로는 값이 비싸고 제작이 힘듭니다.
3) 피토관은 압력차이로 유량을 구합니다. 국부속도를 측정할 수 있고 설비가 간단하고 두손실이 적습니다.
17. 열교환기 종류
열교환기의 종류에는 구조에 따른 쉘앤 튜브형, 더블 파이프형, 플레이트형, 에어 쿨 핀 형이 있습니다.
여기서 쉘앤 튜브형이 가장 산업에서 많이 쓰입니다. 쉘앤 튜브형에는 유동두형, 고정관판형, U-자관형, 케틀형
열교환기가 있습니다.
쉘앤 튜브에서 상태변화가 큰 유체는 쉘을 통해 흘려보내 baffle, 신축이음을 통해 스트레스 완화를 시켜줍니다.
부식성이 큰 액체의 경우에는 튜브를 통해 흘려보내는데 그 이유는 쉘에 흘릴 경우 내부가 부식될 가능성이 크기
때문입니다.
열교환기의 효율을 증가시키기 위해서는 푸리에 법칙을 통해 증가시켜야 합니다. KAdt/dl을 통해 열교환기 구성
물질의 열전달계수를 높이거나 이동하는 면적을 증가시키며 온도차이를 크게하거나 플레이트형의 경우 두께가
짧을수록 효율이 증가합니다.
18. 추출 증류
추출 증류는 공비혼합물 중에 한 성분과 친화력이 크고 비휘발성인 물질을 첨가하여 액액추출을 통해 분리하는 방법
입니다.
19. 열역학 0,1,2,3 법칙
열역학 0법칙은 A와 B가 열평형 상태이고 B와 C가 열평형 상태이면 A와 C 또한 열평형 상태라는 것을 나타낸 법칙입니다.
열역학 1법칙은 에너지 보존법칙으로 고립계에서 에너지는 항상 일정하게 유지된다는 법칙입니다.
열역학 2법칙은 고립계에서 엔트로리는 항상 같거나 증가한다는 법칙입니다. 그래서 에너지는 높은 온도에서 낮은 온도로 이동합니다.
열역학 3법칙은 절대 영하에서 엔트로피는 0이라는 법칙입니다.
20. 너셀수, 플란트 수
너셀수는 대류열/전도열을 의미하며 플란트 수는 운동량 전달/열에너지 전달을 뜻합니다.
21. 스토크스 법칙
비압축성 유체에 관하여 Re <1일 경우, 유체가 물체에 가하는 마찰력을 나타내는 공식입니다. 또한 입자가 가라앉을 때 그 속도는 입자 지름의 제곱에 비례한다는 법칙입니다.
22. 퓨가시티
퓨가시티는 기-액 평형상태에서 액체가 기체로 변해 이탈하려는 성향을 나타낸 것입니다..