소방설비기사(기계분야) 소방유체역학 기출변형문제 50제

소방설비기사(기계분야) 소방유체역학 과목 문항입니다. 각 문항의 정답과 해설이 바로 아래에 함께 있습니다.

1. 1다음 중 압력의 단위가 아닌 것은? 기본
   1. J
   2. Pa
   3. kgf/cm²
   4. atm

   정답 1번 · J

   해설 J(줄)은 에너지·일의 단위이며, Pa·kgf/cm²·atm은 모두 압력의 단위이다.

2. 2표준대기압 1atm은 약 몇 mmHg인가? 기본
   1. 750mmHg
   2. 760mmHg
   3. 700mmHg
   4. 800mmHg

   정답 2번 · 760mmHg

   해설 1atm = 101.325kPa ≈ 760mmHg이다.

3. 3물(4℃)의 비중은 얼마인가? 기본
   1. 0.8
   2. 1.2
   3. 1.0
   4. 13.6

   정답 3번 · 1.0

   해설 비중은 표준물질(물)을 기준으로 하므로 물 자체의 비중은 1.0이다.

4. 4점성계수(μ)의 SI 단위로 옳은 것은? 기본
   1. N
   2. W
   3. J
   4. Pa·s

   정답 4번 · Pa·s

   해설 점성계수의 단위는 Pa·s(=kg/(m·s))이다.

5. 5뉴턴유체(Newtonian fluid)의 정의로 옳은 것은? 기본
   1. 전단응력이 속도구배(변형률)에 비례하는 유체
   2. 점성이 전혀 없는 유체
   3. 압축이 전혀 되지 않는 유체
   4. 표면장력이 없는 유체

   정답 1번 · 전단응력이 속도구배(변형률)에 비례하는 유체

   해설 뉴턴유체는 전단응력이 속도구배에 정비례하는 유체로, 물·공기 등 대부분의 일반 유체가 이에 해당한다.

6. 6연속방정식(continuity equation)이 나타내는 기본 원리는? 기본
   1. 에너지가 항상 증가함을 나타낸다
   2. 질량은 생성되거나 소멸되지 않음을 나타낸다
   3. 압력은 항상 일정함을 나타낸다
   4. 점성이 없음을 나타낸다

   정답 2번 · 질량은 생성되거나 소멸되지 않음을 나타낸다

   해설 연속방정식은 정상유동에서 질량보존법칙(질량은 생성·소멸되지 않음)을 표현한 식이다.

7. 7베르누이 방정식이 나타내는 것은? 기본
   1. 질량보존법칙
   2. 운동량보존법칙
   3. 에너지보존법칙(압력·속도·위치에너지의 합이 일정)
   4. 열역학 제2법칙

   정답 3번 · 에너지보존법칙(압력·속도·위치에너지의 합이 일정)

   해설 베르누이 방정식은 이상유체의 흐름에서 압력에너지·운동에너지·위치에너지의 합이 일정하다는 에너지보존법칙을 나타낸다.

8. 8유체 흐름에서 층류와 난류를 구분하는 대표적인 무차원수는? 기본
   1. 프루드수
   2. 마하수
   3. 웨버수
   4. 레이놀즈수

   정답 4번 · 레이놀즈수

   해설 레이놀즈수(Re)는 관성력과 점성력의 비로, 층류·난류를 판별하는 대표적인 무차원수이다.

9. 9원형관 내 유동에서 레이놀즈수가 약 얼마 이하일 때 층류로 간주하는가? 기본
   1. 2100
   2. 4000
   3. 10000
   4. 500

   정답 1번 · 2100

   해설 원형관 유동은 통상 Re≤2100(약 2300) 이하이면 층류, 그 이상이면 난류로 간주한다.

10. 10관로의 마찰손실을 계산하는 대표적인 식은? 기본
    1. 베르누이식
    2. 다르시-바이스바하식
    3. 파스칼의 법칙
    4. 아르키메데스의 원리

    정답 2번 · 다르시-바이스바하식

    해설 다르시-바이스바하(Darcy-Weisbach)식은 hf=f(L/D)(V²/2g)로 관로의 마찰손실을 계산하는 대표적인 식이다.

11. 11펌프의 양정(head)을 나타내는 단위는? 기본
    1. Pa
    2. N
    3. m
    4. W

    정답 3번 · m

    해설 양정은 유체를 끌어올릴 수 있는 높이로 환산한 값이며 단위는 m(미터)이다.

12. 12펌프에서 공동현상(cavitation)이 발생하는 주된 원인은? 기본
    1. 토출압력이 너무 높을 때
    2. 유량이 너무 적을 때
    3. 배관이 너무 짧을 때
    4. 흡입압력이 유체의 증기압보다 낮아질 때

    정답 4번 · 흡입압력이 유체의 증기압보다 낮아질 때

    해설 흡입측 압력이 유체의 증기압 이하로 낮아지면 유체 내에 기포가 발생하는 공동현상이 나타난다.

13. 13원심펌프의 상사법칙에서 유량은 회전수의 몇 승에 비례하는가? 기본
    1. 1승
    2. 2승
    3. 3승
    4. 0.5승

    정답 1번 · 1승

    해설 펌프 상사법칙: 유량은 회전수의 1승, 양정은 2승, 축동력은 3승에 비례한다.

14. 14원심펌프의 상사법칙에서 양정은 회전수의 몇 승에 비례하는가? 기본
    1. 1승
    2. 2승
    3. 3승
    4. 0.5승

    정답 2번 · 2승

    해설 펌프 상사법칙에서 양정은 회전수의 제곱(2승)에 비례한다.

15. 15원심펌프의 상사법칙에서 축동력은 회전수의 몇 승에 비례하는가? 기본
    1. 1승
    2. 2승
    3. 3승
    4. 0.5승

    정답 3번 · 3승

    해설 펌프 상사법칙에서 축동력은 회전수의 세제곱(3승)에 비례한다.

16. 16물체가 유체 속에서 뜨거나 무게가 가벼워지는 부력의 원리를 설명하는 법칙은? 기본
    1. 파스칼의 원리
    2. 베르누이의 원리
    3. 뉴턴의 원리
    4. 아르키메데스의 원리

    정답 4번 · 아르키메데스의 원리

    해설 아르키메데스의 원리는 유체 속에 잠긴 물체가 그 물체가 밀어낸 유체의 무게만큼 부력을 받는다는 원리이다.

17. 17파스칼의 원리에 대한 설명으로 옳은 것은? 기본
    1. 밀폐된 유체에 가한 압력은 모든 방향으로 동일하게 전달된다
    2. 유체의 속도가 빠를수록 압력이 항상 높다
    3. 유체의 점성이 클수록 압력이 낮다
    4. 유체의 밀도는 온도에 무관하다

    정답 1번 · 밀폐된 유체에 가한 압력은 모든 방향으로 동일하게 전달된다

    해설 파스칼의 원리는 밀폐된 용기 속 유체에 가한 압력이 모든 방향으로 동일하게 전달된다는 원리로, 유압장치의 기본 원리이다.

18. 18다음 중 압력계가 아닌 것은? 기본
    1. 부르동관 압력계
    2. 벤투리미터
    3. 마노미터(U자관)
    4. 격막식 압력계

    정답 2번 · 벤투리미터

    해설 벤투리미터는 관경 변화에 따른 압력차로 유량을 측정하는 유량계이며, 압력 자체를 표시하는 압력계는 아니다.

19. 19유체 흐름에서 정압과 동압의 합을 무엇이라 하는가? 기본
    1. 대기압
    2. 동압
    3. 전압
    4. 진공압

    정답 3번 · 전압

    해설 정압과 동압의 합을 전압(총압)이라 하며, 피토관으로 측정하는 대표적인 값이다.

20. 20비중(specific gravity)의 정의로 옳은 것은? 기본
    1. 단위중량
    2. 부피
    3. 질량
    4. 해당 물질의 밀도와 표준물질(물) 밀도의 비

    정답 4번 · 해당 물질의 밀도와 표준물질(물) 밀도의 비

    해설 비중은 어떤 물질의 밀도를 표준물질(보통 4℃의 물)의 밀도로 나눈 값이다.

21. 21물(4℃)의 밀도는 약 몇 kg/m³인가? 기본
    1. 1000
    2. 900
    3. 1100
    4. 800

    정답 1번 · 1000

    해설 물의 밀도는 표준상태에서 약 1000kg/m³(1g/㎤)이다.

22. 22표면장력이 큰 액체일수록 나타나는 특징으로 옳은 것은? 기본
    1. 점성이 항상 낮다
    2. 물방울이 잘 형성된다
    3. 쉽게 퍼진다
    4. 증발이 빠르다

    정답 2번 · 물방울이 잘 형성된다

    해설 표면장력이 클수록 액체 표면이 오므라들려는 힘이 커서 물방울(구형)이 잘 형성된다.

23. 23옥내소화전의 방수압을 현장에서 측정할 때 주로 사용하는 계측기는? 기본
    1. 초음파유량계
    2. 마노미터
    3. 피토게이지(피토관)
    4. 오리피스미터

    정답 3번 · 피토게이지(피토관)

    해설 옥내소화전 노즐의 방수압은 노즐 선단에서 피토게이지(피토관)로 측정하는 것이 일반적이다.

24. 24대기 중에 개방된 용기 속 액체 표면에 작용하는 압력은? 기본
    1. 동압
    2. 전압
    3. 진공압
    4. 대기압

    정답 4번 · 대기압

    해설 대기에 개방된 액체 표면에는 대기압이 작용한다.

25. 25유체 속에 잠긴 물체가 받는 부력의 크기는 무엇과 같은가? 기본
    1. 물체가 밀어낸 유체의 무게
    2. 물체의 무게
    3. 물체의 부피
    4. 유체의 점성

    정답 1번 · 물체가 밀어낸 유체의 무게

    해설 아르키메데스의 원리에 따라 부력의 크기는 물체가 밀어낸(배제한) 유체의 무게와 같다.

26. 26수면으로부터 5m 깊이에 있는 탱크 하부 오리피스에서 물이 유출될 때 유출속도는 약 몇 m/s인가? (단, 손실은 무시하고 g=9.8m/s²) 심화
    1. 9.9
    2. 7.0
    3. 14.0
    4. 4.95

    정답 1번 · 9.9

    해설 토리첼리 정리: v=√(2gh)=√(2×9.8×5)=√98≈9.9m/s.

27. 27안지름 100mm인 관에서 2m/s로 흐르던 물이 안지름 50mm인 관으로 흐를 때 유속은 약 몇 m/s인가? 심화
    1. 4
    2. 8
    3. 2
    4. 16

    정답 2번 · 8

    해설 연속방정식 A1V1=A2V2에서 V2=V1(D1/D2)²=2×(100/50)²=2×4=8m/s.

28. 28안지름 100mm인 관에서 유속 2m/s로 물이 흐를 때 유량은 약 몇 L/s인가? 심화
    1. 7.85
    2. 31.4
    3. 15.7
    4. 1.57

    정답 3번 · 15.7

    해설 Q=AV=(π/4)(0.1)²×2=0.00785×2=0.0157㎥/s=15.7L/s.

29. 29물기둥 높이 10m에 해당하는 압력은 약 몇 kPa인가? 심화
    1. 49
    2. 196
    3. 9.8
    4. 98

    정답 4번 · 98

    해설 P=ρgh=1000×9.8×10=98,000Pa=98kPa.

30. 30펌프의 회전수를 1000rpm에서 1200rpm으로 높일 경우, 원래 양정이 20m였다면 변경 후 양정은 약 몇 m인가? (상사법칙 적용, 회전차 지름 일정) 심화
    1. 28.8
    2. 20
    3. 24
    4. 33.6

    정답 1번 · 28.8

    해설 상사법칙 H2=H1(N2/N1)²=20×(1200/1000)²=20×1.44=28.8m.

31. 31펌프의 회전수를 1000rpm에서 1500rpm으로 높일 경우, 원래 유량이 500L/min였다면 변경 후 유량은 몇 L/min인가? 심화
    1. 500
    2. 750
    3. 1125
    4. 333

    정답 2번 · 750

    해설 상사법칙 Q2=Q1(N2/N1)=500×(1500/1000)=750L/min.

32. 32전양정 50m, 유량 3㎥/min, 펌프효율 65%인 소화펌프의 전동기 용량은 약 몇 kW인가? (단, 여유율 K는 고려하지 않는다) 심화
    1. 24.5
    2. 30.9
    3. 37.6
    4. 45.2

    정답 3번 · 37.6

    해설 P(kW)=0.163QH/η=0.163×3×50/0.65=24.45/0.65≈37.6kW.

33. 33관 마찰계수 f=0.02, 관 길이 100m, 관경 0.1m, 유속 2m/s인 배관의 마찰손실은 약 몇 m인가? (다르시-바이스바하식, g=9.8m/s²) 심화
    1. 2.04
    2. 8.16
    3. 1.02
    4. 4.08

    정답 4번 · 4.08

    해설 hf=f(L/D)(V²/2g)=0.02×(100/0.1)×(4/19.6)=0.02×1000×0.2041≈4.08m.

34. 34안지름 50mm 관에서 물이 1m/s로 흐를 때 레이놀즈수는 얼마인가? (단, 물의 동점성계수 ν=1×10⁻⁶ ㎡/s) 심화
    1. 50000
    2. 5000
    3. 500
    4. 500000

    정답 1번 · 50000

    해설 Re=VD/ν=1×0.05/(1×10⁻⁶)=50,000.

35. 35위 문제(레이놀즈수 50,000)에서의 유동 상태는? 심화
    1. 층류
    2. 난류
    3. 전이영역
    4. 정지유체

    정답 2번 · 난류

    해설 원형관에서 Re가 약 4000을 넘으면 난류로 판단하므로 Re=50,000은 난류이다.

36. 36펌프의 유효흡입양정(NPSH)이 부족할 때 주로 발생하는 현상은? 심화
    1. 수격작용
    2. 공진현상
    3. 공동현상(cavitation)
    4. 서지현상

    정답 3번 · 공동현상(cavitation)

    해설 NPSH가 부족하면 흡입측 압력이 유체의 증기압 이하로 떨어져 기포가 발생하는 공동현상이 나타난다.

37. 37펌프의 공동현상을 방지하는 방법으로 틀린 것은? 심화
    1. 흡입관 손실을 줄인다
    2. 펌프의 회전수를 낮춘다
    3. 흡입양정을 짧게 한다
    4. 펌프의 설치 위치를 높게 한다

    정답 4번 · 펌프의 설치 위치를 높게 한다

    해설 펌프 설치 위치를 높이면 흡입양정이 길어져 흡입측 압력이 낮아지므로 오히려 공동현상 위험이 커진다. 설치 위치는 되도록 낮춰야 한다.

38. 38수위차 3m인 탱크 하부 오리피스에서 물이 유출될 때 유출속도는 약 몇 m/s인가? (손실 무시, g=9.8m/s²) 심화
    1. 7.67
    2. 5.42
    3. 9.9
    4. 3.83

    정답 1번 · 7.67

    해설 v=√(2gh)=√(2×9.8×3)=√58.8≈7.67m/s.

39. 39오리피스의 유량계수(Cd)에 대한 설명으로 옳은 것은? 심화
    1. 이론유량과 실제유량의 비(항상 1보다 크다)
    2. 실제유량과 이론유량의 비
    3. 오리피스의 지름과 관경의 비
    4. 유속과 음속의 비

    정답 2번 · 실제유량과 이론유량의 비

    해설 유량계수는 실제유량/이론유량으로 정의되며, 손실 때문에 보통 1보다 작은 값을 가진다.

40. 40다르시-바이스바하식에서 관로의 마찰손실은 유속의 몇 승에 비례하는가? 심화
    1. 1승
    2. 1.5승
    3. 2승
    4. 3승

    정답 3번 · 2승

    해설 hf=f(L/D)(V²/2g)이므로 마찰손실은 유속의 제곱(V², 2승)에 비례한다.

41. 411poise(포아즈)는 몇 Pa·s에 해당하는가? 심화
    1. 1
    2. 0.01
    3. 10
    4. 0.1

    정답 4번 · 0.1

    해설 1poise=1g/(cm·s)=0.1Pa·s이다.

42. 42동점성계수(ν)의 SI 단위로 옳은 것은? 심화
    1. m²/s
    2. kg/(m·s)
    3. N·s/m²
    4. Pa

    정답 1번 · m²/s

    해설 동점성계수 ν=μ/ρ(점성계수/밀도)로 단위는 m²/s이다.

43. 43물속에 완전히 잠긴 부피 0.02㎥인 물체가 받는 부력은 약 몇 N인가? 심화
    1. 98
    2. 196
    3. 392
    4. 19.6

    정답 2번 · 196

    해설 F=ρgV=1000×9.8×0.02=196N.

44. 44U자관 마노미터에서 수은(비중 13.6)의 높이차가 10cm일 때, 이에 해당하는 압력차는 약 몇 kPa인가? 심화
    1. 1.33
    2. 1330
    3. 13.3
    4. 133

    정답 3번 · 13.3

    해설 ΔP=ρ(Hg)·g·h=13600×9.8×0.1≈13,328Pa≈13.3kPa.

45. 45관경이 200mm에서 100mm로 축소되는 수평관에서, 200mm 관의 유속이 1m/s, 압력이 300kPa일 때 100mm 관에서의 압력은 약 몇 kPa인가? (손실 무시, 물 기준) 심화
    1. 300
    2. 307.5
    3. 285
    4. 292.5

    정답 4번 · 292.5

    해설 연속방정식으로 V2=V1(D1/D2)²=1×(200/100)²=4m/s. 베르누이식 P2=P1+½ρ(V1²-V2²)=300,000+0.5×1000×(1-16)=292,500Pa=292.5kPa.

46. 46펌프의 공동현상을 방지하기 위한 조건으로 옳은 것은? 심화
    1. NPSHav가 NPSHre보다 커야 한다
    2. NPSHav가 NPSHre보다 작아야 한다
    3. NPSHav와 NPSHre는 항상 같다
    4. NPSH는 배관 재질과 무관하게 일정하다

    정답 1번 · NPSHav가 NPSHre보다 커야 한다

    해설 가용유효흡입양정(NPSHav)이 필요유효흡입양정(NPSHre)보다 커야 공동현상을 방지할 수 있다.

47. 47다음 중 관로의 국부손실(부차손실)에 해당하지 않는 것은? 심화
    1. 엘보에 의한 손실
    2. 직관부의 마찰손실
    3. 밸브에 의한 손실
    4. 티(T)형관에 의한 손실

    정답 2번 · 직관부의 마찰손실

    해설 직관부의 마찰손실은 관로 길이에 비례하는 주손실이며, 엘보·밸브·티(T)형관 등에 의한 손실은 국부(부차)손실에 해당한다.

48. 48수조에서 소화전 노즐까지의 낙차가 30m일 때, 이론적인 방수압(정압, 손실 무시)은 약 몇 kPa인가? 심화
    1. 98
    2. 196
    3. 294
    4. 392

    정답 3번 · 294

    해설 P=ρgh=1000×9.8×30=294,000Pa=294kPa.

49. 49레이놀즈수(Re)의 물리적 의미로 옳은 것은? 심화
    1. 압력력과 관성력의 비
    2. 관성력과 중력의 비
    3. 관성력과 표면장력의 비
    4. 관성력과 점성력의 비

    정답 4번 · 관성력과 점성력의 비

    해설 레이놀즈수는 관성력과 점성력의 비로, 층류·난류를 구분하는 척도이다.

50. 50프루드수(Froude number)의 물리적 의미로 옳은 것은? 심화
    1. 관성력과 중력의 비
    2. 관성력과 점성력의 비
    3. 관성력과 표면장력의 비
    4. 압력력과 관성력의 비

    정답 1번 · 관성력과 중력의 비

    해설 프루드수는 관성력과 중력의 비로, 개수로(자유표면) 흐름 해석에 주로 사용된다.