층류와 난류의 유동상태 판단의 척도가 되는 무차원수는?
- 마하수
- 프란틀수
- 넛셀수
- 레이놀즈수
정답과 해설 보기
정답 ④ · 문제는 층류와 난류를 판단하는 무차원수가 무엇인지 묻고 있다. 흐름의 유동상태 판정에는 레이놀즈수(Re=ρvD/μ)가 사용되며 관내 흐름에서는 약 Re=2300을 경계로 층류와 난류가 나뉜다.
층류·난류 판단 척도는 레이놀즈수(Re=ρvD/μ)이며 원관에서 약 2300을 기준으로 갈린다.
개념 한 쪽
에너지관리산업기사 요로내의 분위기 및 가스의흐름 — 레이놀즈수·터널요 구역·슬래킹
요로 관련 개념은 흐름 상태를 판단하는 무차원수, 연속식 요의 구획과 순서, 내화물의 수분 반응으로 인한 붕괴 현상 등 세 축으로 정리한다. 관내 유체 흐름은 레이놀즈수로 층류·난류를 구분하고, 터널요는 예열대·소성대·냉각대의 3구역으로 구성된다는 점을 숙지해야 한다. 마그네시아계 내화물은 수증기와의 수화로 Mg(OH)2를 생성해 체적 팽창과 균열을 일으키는 슬래킹 현상이 발생한다는 사실을 기억해야 한다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「요로내의 분위기 및 가스의흐름」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 흐름상태 판단 | 1 | 관 내 흐름이 층류인지 난류인지 가늠하는 무차원수를 묻는다 |
| 터널요 구성요소 판별 | 1 | 연속식 요의 표준 구역에 해당하지 않는 항목을 가린다 |
| 내화물 수화현상 명칭 | 1 | MgO의 수증기 반응으로 인한 팽창·균열 현상을 지칭한다 |
뜻
관 속 유체의 흐름 상태는 층류인지 난류인지를 구분하는 것이 중요하다. 이 판단 척도는 레이놀즈수(Re)이고, 정의식은 Re = ρvD/μ 또는 vD/ν로 나타낸다. 관 내에서는 Re가 약 2300 이하이면 층류, 그보다 크면 난류로 본다는 기준을 사용한다. 유속과 관 지름이 크고 점성이 작을수록 난류가 되기 쉽다고 이해한다.
연속식 요의 대표형인 터널요는 제품이 카트를 통해 긴 노를 통과하면서 온도 구간을 순차적으로 통과하는 방식이다. 터널요의 표준적인 구획은 입구에서부터 예열대, 소성대, 냉각대의 3구역으로 구성된다. 건조 공정은 소성 전에 별도의 건조로에서 수행되는 별도 공정이므로 터널요의 구성요소로 포함하지 않는다.
내화물 중 마그네시아(MgO)는 수증기와 만나 수화반응을 일으킬 수 있다. 이때 MgO가 Mg(OH)2로 변하면 비중과 체적이 크게 변하여 팽창이 일어나고, 그 결과로 노벽에 균열이 발생하는 현상을 슬래킹(Slaking)이라고 부른다. 슬래킹은 수증기 관련 수화에 의한 팽창이 핵심 원인이라는 점에서 열적 충격에 의한 표면 박리(스폴링)이나 내부 이물질 팽창(버스팅)과 구별된다.
이들 개념 문제는 각 항목의 핵심 키워드를 기준으로 분류해 기억하면 접근이 용이하다. 흐름 상태 문제는 레이놀즈수, 터널요 구성 문제는 예열·소성·냉각의 순서, 내화물 붕괴 문제는 수증기→수화→체적팽창→슬래킹의 인과관계를 떠올리면 정답 판단이 빠르다.
예제
레이놀즈수 문제에서는 마하수·프란틀수·넛셀수와 혼동하지 않도록 주의한다. 마하수는 음속과의 비교, 프란틀수는 운동량과 열확산의 비, 넛셀수는 대류열전달 특성을 나타내므로 흐름 상태 판단과 직접 관련이 없다. 터널요 출제에서는 예열대·소성대·냉각대의 3구역 순서를 기억해 건조대와 같은 소성 전 공정을 소거하면 정답을 찾기 쉽다. 내화물 관련 문항에서는 '수증기와 반응해 Mg(OH)2를 생성하여 팽창·균열을 일으키는 현상'이라는 문구가 보이면 슬래킹을 선택해야 한다.
대표 기출 3문항
연속식 요에서 터널요의 구성요소가 아닌 것은?
- 건조대
- 예열대
- 소성대
- 냉각대
정답과 해설 보기
정답 ① · 연속식 요(kiln) 중 터널요는 제품이 터널 형태의 노 내부를 이동하며 연속적으로 소성되는 설비입니다. 터널요의 구성은 온도 변화에 따라 예열대, 소성대, 냉각대의 순서로 구성됩니다.
터널요는 예열대→소성대→냉각대 3구역으로 구성되며, 건조는 별도 공정이라 건조대는 구성요소가 아니다.
마그네시아를 원료로 하는 내화물이 수증기의 작용을 받아 Mg(OH)2을 생성하는데 이 때 큰 비중변화에 의한 체적변화를 일으켜 노벽에 균열이 발생하는 현상은?
- 슬래킹(Slaking)
- 스폴링(Spalling)
- 버스팅(Bursting)
- 해밍(Hamming)
정답과 해설 보기
정답 ① · 문제는 마그네시아계 내화물이 수증기와 반응하여 Mg(OH)2를 형성하면서 체적 팽창으로 균열을 일으키는 현상의 명칭을 묻고 있다. MgO의 수화 반응으로 Mg(OH)2가 되면 비중이 급변하여 체적 팽창과 균열을 초래하는 현상은 슬래킹(Slaking)이라 불린다.
MgO가 수증기와 반응해 Mg(OH)2로 변하며 체적 팽창·균열을 일으키는 수화현상이 슬래킹이다.
자주 묻는 물음
- 레이놀즈수는 무엇을 뜻하나?
- 레이놀즈수는 관 내 흐름이 층류인지 난류인지를 판단하는 무차원수로 Re = ρvD/μ 또는 vD/ν로 정의하고, 원관에서는 약 2300을 경계값으로 사용한다.
- 터널요의 주요 구역은 어떻게 구성되나?
- 터널요는 제품이 이동하면서 예열대, 소성대, 냉각대의 세 구역을 차례로 통과하는 연속식 요이며, 건조는 소성 전에 별도 건조로에서 수행되므로 터널요의 구성요소가 아니다.
- 마그네시아계 내화물의 수증기 작용으로 생기는 현상은 무엇인가?
- MgO가 수증기와 반응해 Mg(OH)2로 수화되면 비중과 체적이 변해 팽창·균열을 일으키는 현상을 슬래킹이라고 한다.
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