전도, 대류, 복사, 연소열 등 계산

소방시설관리사 1차, 전도, 대류, 복사, 연소열 등 숫자만 바꿔 출제되는 기출문제의 풀이 입니다.

전도, 대류, 복사 계산문제 작성중 입니다.

전도

2013년 18번 문제
열전도율 1.4 kcal/m·h·℃, 두께 10 cm, 면적 30 m²인 콘크리트 벽체가 있다. 벽체의 내측온도는 30 ℃, 외측온도는 -5 ℃일 때, 벽체를 통한 손실열량(kcal/h)은? (단, 푸리에(Fourier)법칙을 이용하여 구한다.)

① 14,700 ② 15,400 ③ 16,200 ④ 17,500

푸리에 법칙에 따라 열전도율을 계산합니다:

열전도율 (k) = 1.4 kcal/m·h·℃

벽체의 두께 (d) = 10 cm = 0.1 m

벽체의 면적 (A) = 30 m²

내측온도 (T1) = 30 ℃

외측온도 (T2) = -5 ℃

온도차 (ΔT) = T1 – T2 = 30 – (-5) = 35 ℃

손실열량 (Q)는 다음과 같이 계산됩니다:

$Q = \frac{k \times A \times \Delta T}{d} = \frac{1.4 \, \text{kcal/m·h·℃} \times 30 \, \text{m}^2 \times 35 \, \text{℃}}{0.1 \, \text{m}}$

$Q = \frac{1.4 \times 30 \times 35}{0.1} = \frac{1,470}{0.1} = 14,700 \, \text{kcal/h}$

따라서, 벽체를 통한 손실열량은 14,700 kcal/h입니다.

정답: ① 14,700

복사

2015년 10번
가솔린 액면화재에서 직경 5m, 화재크기 10MW일 때 화염 중심에서 15m 떨어진 점에서의 복사열류는 몇 kW/m²인가? (단, 가솔린의 경우 복사에너지 분율은 50%인 것으로 한다. π=3.14, 소수점 셋째자리에서 반올림함)

① 0.76 ② 1.35 ③ 1.77 ④ 3.19

해설

화재크기 (Q) = 10 MW = 10,000 kW

복사에너지 분율 (f) = 50% = 0.5

화염 중심에서의 거리 (r) = 15 m

화염의 직경 (D) = 5 m

π = 3.14

복사열류 (I)는 다음과 같이 계산됩니다:

$I = \frac{f \times Q}{4 \times \pi \times r^2}$

값을 대입하여 계산하면:

$I = \frac{0.5 \times 10,000 \, \text{kW}}{4 \times 3.14 \times (15 \, \text{m})^2}$

$I = \frac{5,000}{4 \times 3.14 \times 225}$

$I = \frac{5,000}{2,826} \approx 1.77 \, \text{kW/m}^2$

따라서, 복사열류는 1.77 kW/m²입니다.

정답: ③ 1.77

대류

2017년 24번. 난류화염으로부터 10 ℃의 벽으로 전달되는 대류 열유속(kW/m²)은? (단, 대류열전달계수 h값은 5 W/m²·℃을 사용하고, 시간 평균 최대화염온도는 약 900 ℃이다.)

① 3.16 ② 4.45 ③ 5.41 ④ 6.12

답안

난류화염으로부터 10 ℃의 벽으로 전달되는 대류 열유속(q”)를 구하는 방법은 다음과 같습니다.

– 대류열전달계수( $h$ ) = 5 W/m²·℃
– 벽 온도 = 10 ℃
– 화염 온도 = 900 ℃

대류 열유속(q”)는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다:

$q'' = h \cdot (T_{\text{화염}} - T_{\text{벽}})$

계산:

$q'' = 5 \, \text{W/m}^2 \cdot (900 \, \degree C - 10 \, \degree C)$

$q'' = 5 \cdot 890 \, \text{W/m}^2$

$q'' = 4450 \, \text{W/m}^2 = 4.45 \, \text{kW/m}^2$

따라서, 정답은 ② 4.45입니다.

연소열

2014년 10번. 면적 0.8 m²의 목재표면에서 연소가 일어날 때 에너지 방출속도(Q)는 몇 kW 인가? (단, 목재의 최대 질량연소유속( $m ˙^{''}$ )=11 g/m²·s, 기화열(L)=4 kJ/g, 유효 연소열( $Δ H_{c}$ )=15 kJ/g 이다.)

35.2
96.8
132.0
167.2

답안

면적 0.8 m²의 목재표면에서 연소가 일어날 때 에너지 방출속도(Q)를 구하는 방법은 다음과 같습니다.

– 면적(A) = 0.8 m²
– 최대 질량연소유속( $\dot{m}''$ ) = 11 g/m²∙s
– 기화열(L) = 4 kJ/g
– 유효 연소열( $\Delta H_c$ ) = 15 kJ/g

에너지 방출속도(Q)는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다:

$Q = \dot{m}'' \cdot A \cdot \Delta H_c$

계산:

$Q = 11 \, \text{g/m}^2 \cdot 0.8 \, \text{m}^2 \cdot 15 \, \text{kJ/g}$

$Q = 11 \cdot 0.8 \cdot 15 = 132 \, \text{kJ/s}$

$Q = 132 \, \text{kW}$

따라서, 정답은 ③ 132.0입니다.

공통문제

2018년 15번. 열전달의 형태에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 전도는 열이 직접 접촉하여 전달되는 것이다.
② 대류는 유체의 흐름으로 열이 이동하는 현상이다.
③ 비화는 화재의 이동경로, 연소 확산에 영향을 미치지 않는다.
④ 복사는 진공상태에서 손실이 없으며, 복사열은 일직선으로 이동한다.

해설

열전달에는 세 가지 주요 형태가 있습니다: 전도, 대류, 복사. 각각의 형태에 대한 설명은 다음과 같습니다.

1. **전도(Conduction)**: – 전도는 열이 직접 접촉한 물질을 통해 전달되는 방식입니다. 물체 내부에서 고온 부분의 분자들이 저온 부분의 분자들과 충돌하면서 에너지를 전달합니다.
– 옳은 설명: “전도는 열이 직접 접촉하여 전달되는 것이다.”

2. **대류(Convection)**: – 대류는 유체(액체나 기체)의 흐름에 의해 열이 이동하는 현상입니다. 유체가 가열되면 팽창하여 밀도가 낮아지고 위로 올라가면서 열을 전달합니다.
– 옳은 설명: “대류는 유체의 흐름으로 열이 이동하는 현상이다.”

3. **복사(Radiation)**: – 복사는 전자기파를 통해 열이 전달되는 방식입니다. 이는 물질의 매개 없이 진공에서도 발생할 수 있으며, 열이 직선 경로로 이동합니다.
– 옳은 설명: “복사는 진공상태에서 손실이 없으며, 복사열은 일직선으로 이동한다.”

4. **비화(Spotting)**: – 비화는 불티가 바람에 날리거나 튀어서 멀리 떨어진 곳에 있는 가연물에 착화되는 현상입니다. 이는 연소의 확대로 이어질 수 있습니다. 화재방어상 비화에 대한 관심은 매우 중요한데, 이는 작은 불티라도 바람, 습도 등의 영향에 따라 화재로 발전될 수 있기 때문입니다. 불티의 비화거리는 연소물질의 종류, 발화부의 화세, 풍력 등에 따라 달라질 수 있습니다. 따라서 비화는 화재의 이동경로와 연소 확산에 큰 영향을 미칩니다.
– 옳지 않은 설명: “비화는 화재의 이동경로, 연소 확산에 영향을 미치지 않는다.” 따라서, 옳지 않은 설명은 ③ “비화는 화재의 이동경로, 연소 확산에 영향을 미치지 않는다.”입니다.

기출에 나온 모든 문제가 업로드 될때까지…

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