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에너지관리기사 열관리 · 증기의 성질과 건도

Steam Properties and Quality

보일러에서 물은 데워지면서 끓기 전 압축수, 막 끓기 시작한 포화수, 물방울과 증기가 섞인 습증기, 물방울이 사라진 건포화증기, 그보다 뜨거운 과열증기로 차례로 바뀐다. 포화수에서 건포화증기까지는 온도가 포화온도로 일정하고, 그 사이 습증기는 증기 질량 비율인 건도 x로 엔탈피와 엔트로피를 보간한다. 그림은 1기압(포화온도 100℃) 물의 T-s 선도로, 포화곡선 돔 위에서 지금 상태점이 어디 있는지 표시해요. 상태 버튼으로 다섯 상태를 오가고, 습증기에서는 건도 슬라이더를 옮기면 점의 위치와 엔탈피가 함께 바뀌어요.

물이 증기가 되는 다섯 단계

보일러에서 물은 데워질수록 상태가 바뀐다. 아직 끓기 전 압축수, 막 끓기 시작하는 포화수, 물방울과 증기가 섞인 습증기, 물방울이 완전히 사라진 건포화증기, 그보다 더 뜨거운 과열증기. 이 다섯 상태를 T-s 선도 위에서 본다.

👀 포화 구간에서는 온도가 오르지 않는다
①포화수부터 건포화증기까지는 온도가 포화온도로 일정해요
②이 구간에서 넣은 열은 모두 상변화(증발열)에 쓰여요
③압력이 정해지면 포화온도도 하나로 정해진다

T-s 선도 위 상태점 이동

0.6
💡 건도 x는 증기가 마른 정도
①건도 x는 전체 질량 가운데 증기(마른 부분)가 차지하는 질량 비율이다
②x = 0이면 포화수(모두 물), x = 1이면 건포화증기(모두 증기)예요
③습증기 엔탈피는 h = hf + x · hfg로 보간한다
④비체적과 엔트로피도 v = vf + x · vfg처럼 같은 방식으로 보간한다

건도로 엔탈피 보간하기

지금 습증기 엔탈피
h = 1773 kJ/kg
419 + 0.60×2257
지금 건도
x = 0.60
증기 질량 비율
📏 선형 보간이 되는 까닭
①습증기는 포화수(hf)와 건포화증기(hg)가 섞인 것이다
②증기 비율이 x이므로 h = (1 - x) · hf + x · hg = hf + x · hfg
③hfg = hg - hf는 증발열(잠열)이에요
④x가 0.6이면 엔탈피는 hf에서 hfg의 60%만큼 올라간다

핵심 공식

습증기 엔탈피
h = hf + x hfg
hfg = hg - hf (증발잠열)
건도
x = mvapormvapor + mliquid
0(포화수) ~ 1(건포화증기)
비체적 · 엔트로피 보간
v = vf + x vfg, s = sf + x sfg
다른 상태량도 같은 보간식

정리와 시험에서 묻는 것

🎯 시험에서 묻는 것
①포화 구간은 온도가 일정하고, 넣은 열은 증발잠열 hfg로 쓰인다
②습증기 상태량은 h = hf + x · hfg로 보간한다 (v · s도 같다)
③x = 0은 포화수, x = 1은 건포화증기이고, x > 1은 없으며 과열은 온도로 나타내요
④과열증기는 포화온도보다 뜨거우며, 과열도 = 실제 온도 - 포화온도다
⑤압축수는 포화온도보다 낮은 온도의 액체로, 과냉액이라고도 해요
📝 대표 기출 유형
①[기출유형] hf = 419, hfg = 2,257 kJ/kg일 때 건도 0.9 습증기의 엔탈피는? (답: 419 + 0.9 × 2,257 = 2,450.3 kJ/kg)
②[기출유형] 건도의 정의는? (답: 전체 질량 가운데 증기의 질량 비율)
③[기출유형] 건포화증기 엔탈피 hg는? (답: hf + hfg = 419 + 2,257 = 2,676 kJ/kg)
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