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공조냉동기계기사 공조냉동설계 · 동력 사이클 (랭킨·오토·디젤·사바테)

Power Cycles

동력 사이클은 열을 일로 바꾸는 사이클로, 공기를 작동 유체로 보는 공기표준 사이클(오토 · 디젤 · 사바테)과 물 · 증기를 쓰는 랭킨 사이클이 대표다. 오토는 정적 가열, 디젤은 정압 가열, 사바테는 둘을 섞어 가열하고, 압축비 r 이 클수록 효율이 오른다. 같은 압축비에서는 오토 ≥ 사바테 ≥ 디젤 순으로 효율이 높다(비열비 k = 1.4, 사바테 압력비 1.5 로 계산). 그림은 세 사이클의 압축비-효율 곡선(고른 사이클이 굵은 선, 점이 지금 압축비)이고, 디젤 · 사바테는 차단비 슬라이더로 곡선이 내려가며 랭킨 버튼은 네 기기의 흐름을 그린다.

공기표준과 증기

오토는 정적 가열, 디젤은 정압 가열, 사바테는 정적 뒤 정압으로 나눠 가열한다. 랭킨은 펌프로 물을 가압해 보일러에서 증기로 만들고, 터빈에서 일을 꺼낸 뒤 응축기에서 다시 물로 돌린다. 어떤 열기관도 카르노 효율 η = 1 − T2/T1 을 넘지 못한다.

👀 압축비가 효율을 올린다
①압축비 r 이 커지면 공기표준 효율이 오른다
②같은 r 에서 오토 ≥ 사바테 ≥ 디젤
③랭킨은 보일러 압력 · 온도를 높이고 응축 압력을 낮추면 효율이 오른다
④비열비 k = 1.4(공기)

사이클과 압축비

10
💡 지금 값
①η=60.2% (공기표준 식, k = 1.4)
②r=10.0
③사바테의 압력비(폭발비) β 는 1.5 로 고정
④차단비를 키우면 디젤 · 사바테 효율이 떨어진다

오토 식이 바탕

오토 효율
η = 1 - (1r)k-1
k = 1.4 인 공기
카르노 상한
η = 1 - T2T1
어떤 열기관도 넘지 못하는 상한

시험 포인트와 기출 유형

🎯 시험 포인트
①동력시스템 · 랭킨 · 공기표준(오토 / 디젤 / 사바테)
②오토 η=1−(1/r)^{k-1}
③가열: 오토 정적, 디젤 정압, 사바테 혼합
④랭킨 효율 = (터빈 일 − 펌프 일) ÷ 보일러 가열량
📝 대표 기출유형
①[기출유형] 오토 사이클 가열 과정은? (답: 정적)
②[기출유형] 압축비가 커지면 오토 효율은? (답: 오른다)
③[기출유형] 랭킨의 네 기기는? (답: 펌프, 보일러, 터빈, 응축기)

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