증기의 성질과 건도

Steam Properties and Quality

물은 압축수·포화수·습증기·과열증기로 상태가 이어져요. 건도 x는 습증기 구간에서 엔탈피·엔트로피를 보간하는 열쇠예요. 증기동력 모든 계산의 상태점 읽기 기초예요. 건도 슬라이더로 상태점과 엔탈피 변화를 확인해 봐요.

물이 증기가 되는 다섯 단계

보일러에서 물은 데워질수록 상태가 변합니다. 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 봅니다.

👀 포화온도에서는 온도가 안 오른다

①포화수부터 건포화증기까지는 온도가 일정(포화온도)하다

②이 구간에서 넣은 열은 전부 상변화(증발열)에 쓰인다

③압력이 정해지면 포화온도도 하나로 정해진다

T-s 선도 위 상태점 이동

건도 x0.6

💡 건도 x는 증기의 마른 정도

①건도 x = 전체 질량 중 증기(마른 부분)의 질량 비율

②x=0 이면 포화수(전부 물), x=1 이면 건포화증기(전부 증기)

③습증기 엔탈피 h = hf + x·hfg 로 보간한다

④비체적·엔트로피도 같은 방식으로 v = vf + x·vfg 처럼 보간

건도로 엔탈피 보간하기

현재 습증기 엔탈피

h = 1773 kJ/kg

419 + 0.60×2257

현재 건도

x = 0.60

증기 질량 비율

📏 왜 선형 보간이 되나

①습증기는 포화수(hf)와 건포화증기(hg)의 혼합물이다

②증기 비율이 x이므로 h = (1-x)·hf + x·hg = hf + x·hfg

③hfg = hg - hf 는 증발열(잠열)이다

④x가 0.6이면 엔탈피는 hf에서 hfg의 60% 만큼 올라간다

핵심 공식

습증기 엔탈피

h = h_f + x h_fg

hfg = hg - hf (증발잠열)

건도

x = m_vaporm_vapor + m_liquid

0(포화수) ~ 1(건포화증기)

비체적·엔트로피 보간

v = v_f + x v_fg, s = s_f + x s_fg

모든 상태량이 같은 보간식

핵심 정리와 시험 포인트

🎯 시험 포인트

①포화구간은 온도 일정, 넣은 열은 증발잠열 hfg 로 소모

②습증기 상태량은 h = hf + x·hfg 로 보간 (v·s 도 동일)

③x=0 포화수, x=1 건포화증기, x>1 은 없음(과열은 온도로 표기)

④과열증기는 포화온도보다 높은 온도, 과열도 = 실제온도 - 포화온도

⑤압축수는 포화온도보다 낮은 액체(과냉액)

📝 대표 기출문제

①[기출유형] hf=419, hfg=2257 kJ/kg 일 때 건도 0.9 습증기의 엔탈피는? (답: 419 + 0.9×2257 = 2450.3 kJ/kg)

②[기출유형] 건도 정의는? (답: 전체 질량 중 증기의 질량 비율)

③[기출유형] 건포화증기 엔탈피 hg 는? (답: hf + hfg = 419 + 2257 = 2676 kJ/kg)