흐름이 보이는 원자력기사 시험에서 꼭 나오는 요점 요약 정리 4. 원자력 열역학 및 유체역학 1

4. 원자력 열역학 및 유체역학

 

1. 원자력 열역학
      1) 열역학 법칙
(1) 열역학 0법칙
• 온도가 서로 다른 물체를 접촉시키면 고온의 물질은 온도를 빼앗기고 저온의 물질은 열을 빼앗아 두 물질의 온도차를 제거하여 열적평형에 이르게 되는 법칙

(2) 열역학 1법칙
• 에너지 보존법칙이라고도 하며, 열/일은 본질적으로 동질하고 서로 전환이 가능하며 이들은 창조될 수도, 소멸될 수도 없다.

① 에너지의 종류
[1] 운동에너지(Kinetic Energy)
• 열역학적 계의 경계를 통해 동적물질의 출입이 있을 경우 운동에 의해 발생되는 에너지(KE)
[2] 위치에너지(Potential Energy)
• 동적물질의 출입이 있을 때 위치에 의해 발생되는 에너지(PE)
[3] 내부에너지(Internal Energy)
• 동적물질이 보유하고 있는 에너지로 총에너지로부터 역학적, 전기적 에너지를 뺀 것으로 주로 온도, 부피의 함수로 결정(U)
[4] 유동에너지(Flow Energy)
• 입구와 출구에서의 압력, 비체적의 변화에 의한 에너지(PV)

② 엔탈피(Enthalpy)
• 어떤 유체에 저장된 에너지의 척도로 정합하에서 유체를 단위 온도로 올리기 위한 에너지
H = U + PV
-> 엔탈피는 내부에너지와 유동에너지의 합

 

(3) 열역학 2법칙
• 엔트로피의 법칙이라고도 하며 열에너지는 항상 고온에서 저온으로만 흐름을 가정한 것으로 열에너지의 일부는 일을 하는데 사용할 수 없는 부분이 있으므로 열은 반드시 계로부터 비가역적인 변화를 일으킨다.
-> 즉, 열을 완전히 일로 바꿀 수 없다.

(4) 열역학 3법칙
• 온도는 절대로 0K 이하로 떨어질 수 없다.

 

  2. 원자력 유체역학
      1) 무차원 수
(1) 레이놀즈 수(Re) : 유체의 관성력과 점성력의 비

  2) 층류와 난류
(1) 레이놀드 수(Re)에서의 구분
① 이상유체
• Re < 2100 : 층류, Re > 4000 : 난류
② 원자로 임계
• Re < 2320 : 층류 , Re > 2320 : 난류

(2) 층류와 난류의 특징
• 원통속의 유체입자가 관측의 방향을 향하여 흐를때와 같이 규칙적으로 빠르게 정련하게 형성하여 흐르는 유를 층류(Laminar Flow)라 하며 뉴턴의 점성법칙()의 지배를 받는다.

• 소용돌이를 이루는 것과 같이 불규칙하게 흐르는 경우를 난류(Turblent Flow)라 하며, 뉴턴의 점성법칙에 적용이 안된다.

      3) 베르누이의 법칙
(1) 조건
• 계의 경계에서 각 점에서의 유체의 성질이 일정한 정상류
• 계의 경계를 통과하거나 나가는 질량유량이 일정
• 주위와의 모든 상호작용이 일정한 비율로 일어나며, 일률과 일전달률을 시간에 따라 변화하지 않아야 한다.

(2) 베르누이의 정리
• 유체가 정상류, 비점성, 비압축성, 비경사 유체일 때 물속의 압력수두, 속도수두, 위치수두의 합은 항상 같다.