[공조냉동기계기사] 랭킨사이클(증기동력 사이클) 문제

열을 일로 변환하는 사이클이다, 화력 발전소에서 증기기관들이 전기를 생산하기 위해 연료나 다른 열원의 열에너지를 이용하는 과정이다.

보일러 -> 터빈 -> 복수기(응축기)  -> 펌프 -> 보일러

보일러: 정압가열
터빈 : 단열팽창  
복수기(응축기) :정압방열 
펌프 : 단열압축 

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2020년 8월
> 이상적인 랭킨사이클에서 터빈 입구 온도가 350℃이고, 75kPa과 3MPa의 압력범위에서 작동한다. 펌프 입구와 출구, 터빈 입구와 출구에서 엔탈피는 각각 384.4kJ/kg, 387.5kJ/kg, 3116kJ/kg, 2403kJ/kg이다. 펌프일을 고려한 사이클의 열효율과 펌프일을 무시한 사이클의 열효율 차이는 약 몇 %인가?

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2018년8월

> 랭킨 사이클의 각각의 지점에서 엔탈피는 다음과 같다. 이 사이클의 효율은 약 몇 %인가? (단, 펌프일은 무시한다.)

보일러 입구: 290.5kJ/kg
보일러 출구: 290.5kJ/kg
응축기 입구: 290.5kJ/kg
응축기 출구: 290.5kJ/kg

정답: 26.7%
풀이: 효율 = $\frac{터빈이 한일}{가열된 열량}$=$\frac{보일러출구-응축기입구}{보일러 출구-응축기 출구}$

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2018년4월

> 다음 중 이상적인 증기 터빈의 사이클인 랭킨 사이클을 옳게 나타낸 것은?

정답: 가역단열압축 → 정압가열 → 가역단열팽창 → 정압냉각

> 랭킨 사이클의 열효율을 높이는 방법으로 틀린 것은?

    ① 복수기의 압력을 저하시킨다.
    ② 보일러 압력을 상승시킨다.
    ③ 재열(reheat) 장치를 사용한다.
    ④ 터빈 출구 온도를 높인다.

정답: ④

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2018년 3월

> 그림과 같이 온도(T)-엔트로피(S)로 표시된 이상적인 랭킨사이클에서 각 상태의 엔탈피(h)가 다음과 같다면, 이 사이클의 효율은 약 몇 %인가? (단, h1 = 30 kJ/kg, h2 = 31 kJ/kg, h3 = 274 kJ/kg, h4 = 668 kJ/kg, h5 = 764 kJ/kg, h6 = 478 kJ/kg 이다.)

정답: 39
해석: 열효율 = $\frac{(h_5-h_6)-(h_2-h_1)}{h_5-h_2}$=0.388

> 증기터빈 발전소에서 터빈 입구의 증기 엔탈피는 출구의 엔탈피보다 136kJ/kg 높고, 터빈에서의 열손실은 10kJ/kg이다. 증기 속도는 터빈입구에서 10m/s이고, 출구에서 110m/s일 때 이 터빈에서 발생시킬 수 있는 일은 약 몇 kJ/kg인가?

> 압력 2MPa, 온도300℃의 수증기가 20m/s 속도로 증기터빈으로 들어간다. 터빈출구에서 수증기 압력이 100kPa, 속도는 100m/s이다. 가역단열과정으로 가정시, 터빈을 통과하는 수증기 1kg 당 출력일은 약 몇 kJ/kg인가? (단, 수증기표로부터 2MPa, 300℃에서 비엔탈피는 3023.5 kJ/kg, 비엔트로피는 6.7663 kJ/(kg·K)이고, 출구에서의 비엔탈피 및 비엔트로피는 아래 표와 같다.)

> 랭킨 사이클에서 25℃, 0.01MPa 압력의 물 1kg을 5MPa 압력의 보일러로 공급한다. 이때 펌프가 가역단열과정으로 작용한다고 가정할 경우 펌프가 한 일은 약 몇 kJ인가? (단, 물의 비체적은 0.001m3/kg이다.)

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2017년3월

> Rankine 사이클에 대한 설명으로 틀린 것은?

    ① 응축기에서의 열방출 온도가 낮을수록 열효율이 좋다.
    ② 증기의 최고온도는 터빈 재료의 내열특성에 의하여 제한된다.
    ③ 팽창일에 비하여 압축일이 적은 편이다.
    ④  터빈 출구에서 건도가 낮을수록 효율이 좋아진다.

정답: ④

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2016년3월

> 랭킨사이클을 구성하는 요소는 펌프, 보일러, 터빈, 응축기로 구성된다. 각 구성 요소가 수행하는 열역학적 변화과정으로 틀린 것은?

   ① 펌프 : 단열 압축 ② 보일러 : 정압 가열    ③ 터빈 : 단열 팽창 ④  응축기 : 정적 냉각

정답: ④