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[지구온난화]지구환경변화와 교토의정서 평가A+최고예요

1.기후의 변화1)최근의 기후변화 현상세계 각지에서 기후변화 현상들이 일어나고 있다.- 20세기에 지구의 평균기온은 0.6 상승했는데도, 1998년 인도폭염으로 2,300명이, 2003년 유럽폭염으로 15,000명이 사망하였고, 극지방의 얼음두께가 최근 수십년 동안 40%정도 얇아지고 있다.- 봄과 여름에 북반구의 빙산이 1950년 이래로 약 10~15% 감소했다.- 지난 100년 동안 지구 해수면의 높이가 10~25cm 상승하여 투발루, 키리바시 공화국의 일부 도서, 몰디브, 파푸아뉴기니 등 남태평양 섬나라가 물에 잠기고 있습니다. 특히 투발루란 섬나라는 해수면 상승으로 전 국토가 바다에 잠길 위험에 처해 뉴질랜드로 이주하고 있다.- 폭염과 폭풍 등의 기상이변 및 사막화가 급속히 진행되고 있다.2)우리나라의 기후변화 현상-최근 100년동안 평균기온 상승폭이 1.5 로 전세계 평균기온 상승폭보다 높음.-1990년대의 겨울은 1920년대에 비해 약 30일정도 짧아진 반면, 여름과 봄은 20일정도 길어져 개나리, 벚꽃 등 봄꽃의 개화시기가 빨라졌음.-제주도 고산의 이산화탄소(co2) 농도가 1991년 357.8ppm에서 2000년 373.6ppm으로 증가.{3)기후변화와 환경과의 관계{지난 100년간 지구의 평균기온은 점점 증가하는 추세를 보이면서 지구온난화 현상이 나타나고 있다. 이것은 이산화탄소와 같은 온실가스의 증가로 대기의 온도가 상승하는 온실효과에 의한 것으로 이러한 기후변화는 기상이변, 해수면 상승 등을 초래하여 해안지역의 침수와 산림분포지역의 북상으로 인한 생태계 및 산림의 혼란, 전염병 이동의 증가로 인간 건강의 위협, 기후대의 변화로 식량 생산 감소와 어류의 이동 경로 변화로 농,수산업의 타격이 예상된다.4)기후변화를 일으키는 요인*자연적 요인1내적요인->대기가 다른 기후시스템과의 상호작용기후시스템에서 서로 상호작용 하는 요소들은 대기, 해양, 바다 얼음, 육지, 이들의 특징 (식생, 반사도, 생물체와 생태계), 눈 덮은 정도, 육지 얼음, 물 수 변화->과잉 토지 이용이나 장작과 숯 채취 등에 의해 토지 이용도가 변화도시화, 산업화로 인한 고층 건축물의 등장4삼림파괴->도로의 건설, 벌목, 농업의 확장, 땔감으로의 삼림 사용 등이 삼림 파괴의 주된 원인삼림은 종의 서식과 생물 다양성의 보존은 물론, 기후와 물의 순화, 영양분의 순환에 의해서 인류 생명 유지 시스템의 일부로서 역할도로의 건설, 벌목과 농업의 확장은 삼림파괴의 주요 원인대규모의 산림 제거는 물 순환에 심각한 영향을 미침 : 연속적으로 강수량에 영향을 미쳐서 산림의 성장이나 농업에 부정적인 영향대규모의 산림제거는 불이나 분해에 의해서 대기 중으로 이산화탄소를 배출 : 온실효과에 영향을 미쳐 지구 온난화를 더욱 강화2.지구온난화1)우리가 지구환경 속에서 쾌적하게 살아갈 수 있는 이유는 무엇일까?그것은 대기 중 이산화탄소 등의 온실가스가 온실의 유리처럼 작용하여 지구표면의 온도를 일정하게 유지하기 때문이다. 지구가 평균기온 15 를 유지할 수 있는 것도 대기 중에 존재하는 일정량의 온실가스에 의한 것으로, 이러한 온실효과가 없다면 지구의 평균기온은 -18 까지 내려가 대부분의 생명체는 살 수 없게 된다. 그런데, 지난 100년 동안 이러한 온실효과를 일으키는 물질들의 대기 중 농도가 증가하여 인류는 기후변화라는 전 세계적인 문제에 직면하게 되었다. 즉 삼림벌채 등에 의하여 자연의 자정능력이 약화되고, 산업발전에 따른 화석연료의 사용량 증가로 인하여 인위적으로 발생하는 이산화탄소의 양이 증가됨에 따라 두터운 온실이 형성되어 온실효과가 커졌다. 이로 인하여 지구의 평균기온이 올라가는 지구 온난화 현상이 나타나고 있는 것이다.2).지구온난화의 요인과 영향지구온난화의 약 60%는 이산화탄소에 의한 것이며, 이는 주로 화석연료의 사용에 따른 것이다. 산림을 파괴할 때, 나무에 저장되어 있다가 대기 중으로 배출되는 이산화탄소의 양도 많다. 대기 중의 이산화탄소 농도는 산업혁명 이전의 280ppm 에서 2000년 현재 368ppm으로 31%가 증가된 상태 15 C를 유지할 수 있도록 한다. 달의 표면이 태양이 비추는 쪽은 100 C가 넘고, 반대쪽은 영하 200 C가 되는 이유는 대기가 없어 온실효과 현상이 나타나지 않기 때문이다.2)온실효과 메커니즘태양에서 지구로 오는 빛 에너지 중에서 약 34%는 구름이나 먼지 등에 의해 반사되고, 지표면에는 약 44% 정도만 도달한다. 지구는 태양으로부터 받은 이 에너지를 파장이 긴 적외선으로 방출하는데 이산화탄소 등의 온실가스가 적외선 파장의 일부를 흡수한다.{4.온실가스1)온실가스란?대기를 구성하는 여러가지 기체들 가운데 온실효과를 일으키는 기체를 온실가스 라 하며, 온실 가스로는 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 프레온(CFCs, 수소불화탄소 HFCs, 과불화탄소 PFCs, 육불화유황 SF6), 오존(O3) 등이 있다.이 중 제3차 당사국총회(COP : Conference of the Parties)에서는 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 수소불화탄소(HFCs), 과불화탄소(PFCs), 육불화유황(SF6)을 6대 온실가스로 지정하였다.이들 온실가스들이 지구온난화에 기여하는 정도는 IPCC가 제시한 지구온난화지수(Global Warming Protential, GWP)를 통해 알 수 있으며, 이산화탄소를 1로 보았을 때, 메탄은 21, 아산화질소 310, 프레온가스 1,300 ~ 23,900이다.2)6대 온실가스{*이산화탄소 ({CO_2)지구 온난화 지수는 낮지만 규제 가능한 가스(Controllable Gas)로서 전체 온실가스 배출량 중 약 80% 이상을 차지하고 있기 때문에 6대 온실가스 중 가장 중요한 온실가스로 분류되고 있다. 우리가 숨을 내쉴 때마다 나오는 이산화탄소(CO2)는 나무와 석유, 석탄과 같은 화석연료가 탈 때, 탄소가 공기 중의 산소와 결합하여 생긴다. 자연계에서 이산화탄소는 식물이 광합성작용을 할 때 사용되고, 바다에 흡수되고 남은 양은 대기 중에 계속 쌓이게 됩니다. 산업혁명 이후 지난 10변화 예측1)지구온난화가 환경에 미치는 영향*급격한 산업화로 인한 이산화탄소 발생량 증가는 지구 온난화 현상을 가중시키고, 이로 인한 기후변화는 해수면의 상승과 국지성 폭우 및 폭설 등의 기상이변을 가져오며, 육상 및 해양 생태계의 변화 및 인류 건강에 직.간접적인 영향을 끼칠 것으로 전망된다.*IPCC보고서에 의하면 다가올 미래에는 온난화율이 더욱 가속화 되어 인류사회에 심각한 영향을 줄 것으로 예상 된다. 온실가스의 인위적 배출에 대한 규제 및 감축 정책이 시행되지 않을 경우, 2100년에는 지구평균 온도가 1990년 대비 1.4 ~ 5.8 상승 될 것으로 예상된다.*UNEP(United Nations Environment Program)는 해수면의 높이가 50cm 높아질 경우 마셜군도 내 환초의 약 80%가 없어지고, 방글라데시의 17.5%, 우루과이의 0.05%가 침수된다고 밝혔다. 해수면이 1m 상승하면 방글라데시 같은 저지대 지역은 지도상에서 사라지고 세계 경작지의 1/3 이상이 피해를 입게 될 것이라고 경고했다.*우리나라의 경우 연평균 기온이 4 상승하면 제주도 서귀포는 대만과 비슷한 기온분포를 보여 열대작물도 재배가 가능하나 기후변화는 농업생태계에 매우 복잡한 변화를 가져오기 때문에 부정적 영향이 더 클 것으로 예상된다.2)기후변화 예측1생태계*산림분포지역이 광범위하게 소멸되고, 산림의 평형이 깨어짐*전반적으로 식생대가 중위도 기준 북극쪽으로 55~100km 북상 예상*우리나라의 경우, 현재의 온대성 식생 외에 아열대성 식생이 증가하는 등 생태계의 혼란2수자원*CO2 농도가 2배 증가시 2050년까지 산악지역 빙하의 25% 이상 감소 예상*물 공급 부족국가인 우리나라의 경우 물 부족에 따른 수질악화 예상3식량*전세계적으로 기후대가 변하여 식량 변화가 일어남*어류의 이동경로 변화, 해양 생태계 변화, 산소량 감소, 물고기의 질병 증가로 인한 수산업 타격*우리나라의 경우 온난화로 인해 다모작 농사가 가능해지지만 병충해가 늘어나게 되어 토양이나 수질오입장을 표명하였다. 이에 교토의정서는 그 실효성에 큰 타격을 입었지만, EU와 일본 등이 중심이 되어 협상을 지속하였고 마침내 2004년 11월 러시아가 비준서를 제출함에 따라 교토의정서의 발효조건이 충족되어 정해진 규정(의정서 25조)에 의해 2005년 2월 교토의정서는 발효되었다.{전문발효시기비준국가우리나라 비준시기기후변화협약1994. 3. 211891993. 12교토의정서2005. 2. 161532003. 112)주요내용.의정서의 주요내용첫째, 선진국(Annex I)의 구속력 있는 감축 목표 설정(제3조)둘째, 공동이행, 청정개발체제, 배출권거래제 등 시장원리에 입각한 새로운 온실가스 감축수단의 도입(제6조, 12조, 17조),셋째, 국가간 연합을 통한 공동 감축목표 달성 허용(제4조) 등이다..온실가스 배출 세부 사항의정서에 따르면 기후변화협약 Annex I국가들은 2008~2012년 기간 중 자국 내 온실가스 배출 총량을1990년대 수준대비 평균 5.2% 감축하여야 하며 그 세부사항은 다음과 같다.*대상 국가 : 38개국 (협약 Annex I국가 40개국 중 97년 당시 협약에 가입하지 않은 터키, 벨라루스 제외)*목표 연도 : 2008 ~ 2012년*감축 목표율 : 1990년 배출량 대비 평균 5.2% 감축 (각국의 경제적 여건에 따라 -8 ~ +10%까지 차별화된 감축량 규정)*감축대상 온실가스 : CO2, CH4, N2O, HFCs, PFCs, SF6 6종 (각국 사정에 따라 HFCs, PFCs, SF6가스의 기준년도는 1995년도 배출량 이용 가능)*온실가스 배출원 : 에너지 연소, 산업공정, 농축업, 폐기물 등으로 구분*온실가스 감축 도입 수단 : 교토 메카니즘 도입*Annex I 국가 의무 감축 내용(1990년대 대비){3)발효요건.교토의정서의 발효요건교토의정서가 발효되기 위해서는첫째, 55개국 이상의 협약당사국들이 비준서를 기탁해야 하고둘째, 그중 비준서를 기탁한 부속서(Annex)1 국가들의 1990년 기준 이산화탄소 배출량의 합이 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생활/환경| 2005.11.17| 13페이지| 1,000원| 조회(897)

온실효과, 지구온난화, 온실가스, 교토의정서, 배출권거래제도

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[교량]성수대교붕괴원인분석 평가A+최고예요

성수대교 붕괴1. 시설물 제원· 게르버 트러스 교량· 주경간부의 앵커트러스와 핀으로 연결된 48m의 중앙 현수지간을 갖는 구조· 용접과 고장력 볼트(마찰접합) 접합 방식에 의한 공법에 의한 시공2. 사고내용성수대교 1,160m 중 제 10번, 11번 교각사이 상부 트러스 48m가 붕괴하여, 차량 6대가 한강으로 추락하는 사고로 사망 32명, 부상 17명의 피해가 발생함.3.파손원인 분석전반적으로 트러스구조물의 철 구조물 제작 및 용접과정에서의 원천적인 부실시공과 준공이후 설계하중을 초과하는 과부하의 지속과 취약한 접합부위의 방치 등 관리 잘못이 복합적으로 작용해 발생.성수대교 붕괴의 직접적인 원인으로서 용접불량과 부식에 의한 강도저하가 주요 원인으로 밝혀졌다.1)용접불량모든 기계부재에는 노치(혹은 미세 균열) 또는 비금속 개재물 등의 재료결함이 반드시 존재하고 이러한 노치부분에는 응력집중현상에 의해 국부적으로 높은 응력이 발생하게 된다. 교량의 경우 이러한 균열은 대부분 용접 불량에 의해 발생하며 응력 반복수(시간)의 증가와 함께 내부로 전진하는데 이로 인하여 실제적으로 줄어든 단면적에 의해 설계보다 작은 하중에도 부재는 파괴된다. 다시 말해 위의 그림에서 볼 수 있듯이 피로균열의 진전거동 모식도에서 제 3영역에 이르러서는 정적 파괴에 가까운 거동을 나타낸다.성수대교의 용접상황을 살펴보면1)맨 먼저 파괴된 트러스구조물의 상현재 핀 플레이트와 수직재의 용접이X자형기계식 용접이 아닌 I자형(맞대기 방식) 수동용접으로 이루어져 접합단면의 전부분이 용접되지 않고 가장자리 부분에서만 용접이 이루어져 이 부분에 허용치(평방㎝당 1천4백㎏)이상의 응력(사고당시 평방㎝당 4천3백㎏추정)이 집중됨. 이로 인하여 교량하중이 아래로 내려가지 못하고 용접부위에 몰리면서 수직재가 균열되기 시작했고 보수 관리 소홀로 균열이 계속 진행돼 붕괴에 이른 것.-X자형 용접의 예--I자형 용접의 예-*이러한 용접 부분의 강도와 관련된 파괴이유를 뒷받침 하는 것으로 강재와 강재를 용접할 경우 용접부위는 용접전보다 훨씬 더 단단해지므로 하중으로 인한 균열이 붕괴의 원인이 됐다면 용접부위 바로 위 또는 아래쪽이 절단됐어야 한다는 것을 생각해 볼 수 있다.2)교량과 원자력발전소등은 용접부위의 결함이 가장적은 1등급으로 용접하도록 지정돼 있으나 서울시는 성수대교 용접등급을 건축물이나 단순 철골 구조물중 하중과 관계없는 곳 등에규정되는 3등급으로 지정하고 이 기준에 따라 비파괴검사도 수직재 등 일부에만 실시하고 나머지는 육안검사를 실시함.3)설계상으로는 핀플레이트의 절삭경사도를 용접부분의 응력집중을 막기 위해 1대10으로 해야 하나 철 구조물 제작과정에서 2.5대1 또는 3대1로 해 결과적으로 반복 하중을 받는 용접부위의 피로파괴를 앞당겼음핀강판 두께(52㎜)가 수직재인 H빔 플랜지 부분의 두께(18㎜)와 달라 핀강판 아랫부분을 가파르게 절삭한 뒤 용접하면 교량 상판의 하중이 수직재로 자연스레 전달될 수 있지만 경사도가 뭉뚝해지면 하중이 아래로 내려오지 못하고 용접부 분에 집중돼 균열이 일어난다.4)유지관리상의 잘못으로는 과적차량의 통제가 없어 설계하중인 DB18(32.4t)을 초과하는 중차량의 통행으로 이번에 떨어져 나간 게르버(GERBER)를 이루는 31개의 철골부 가운데 14개가 초과응력을 지속적으로 감당하고 있었던 것으로 드러났다. 특히, 용접 등 취약한 철구조물 접합부위가 많은 트러스교의 경우20년이 경과하지 않았더라고 수시로 비파괴시험등 정밀검사를통해 상태를 점검해야함에도 이 같은 관리가 거의 이루어지지 않았던 것으로 나타났다.단적인 예로 무너진 성수대교 5,6번 교각사이의 H빔 용접부분과 교각과 상판을 연결해주는 힌지(Hinge 이음새)부분의 H빔 가운데 길이5㎝ 가량의 균열을 발견했으며 이 균열은 오랫동안 보수되지 않은 채 방치 되었다. 또한 상판 밑 트러스(철구조물)의 상현재(가로빔)와 수직재를 연결하는 역할을 하는 아이바(Eye Bar.구멍이 뚫려볼트가 들어가게 돼 있는 일종의 너트)도 허용치 이상으로 기울어져 있어 시공당시 설계된 하중을 견뎌내기가 어 려웠으며 이 아이바의 처짐 현상도 보수되지 않은 채 방치되었다.5)트러스트교는 한부분이 파괴도면 전체가 무너지는 구조여서 매우 정밀한 시공을 요하는 교량공법임에도 당시 국내기술진의 시공능력을 감안하지 않고 도입했고 설계 및 시방서 등에서도 용접부위의 취약성을 보완할 수 있는 방안 등이 전혀 고려되지 않음.2.부식에 의한 강도 저하매년 겨울 제설작업을 위해 무려 8t씩의 염화칼슘이 뿌려져 이로 인한 부식도 다리붕괴의 원인이 된 것으로 추측됨. (93년11월22일부터 94년2월23일까지 석 달 동안 성수대교 등 98㎞구간에 25㎏짜리 1만3천9백부대의 염화칼슘을 살포한 것으로 드러났다. 이를 구간별로 환산하면 1㎞마다 3.5t이 살포된 것으로 통상 교량구간은 일반도로보다 약 2배정도 더 많이 살포하는 것을 감안하면 성수대교구간(1.16㎞)에는 겨울마다 약 8t의 염화칼슘이 뿌려진 것으로 볼 수 있다.)산업과학기술연구소가 93년11월 무도장내후성 교량용 강재의 개발을 위해 실시한 「교량용 강(鋼.SMA50BW)의 용접특성」테스트 결과에 따르면 강재의 부식속도는▲염분이 투입됐을 때는 일반대기상태에서보다 20 배나 빠르다.▲이때 용접부위는 일반강재에 비해 2배 더 빠르다.따라서 염화칼슘과 같은 염분이 집중적으로 뿌려지면 용접부위는 맑은 대기상태에서의 일반강재보다 40배나 빨리 녹이 슨다는 것이다.이러한 이론적인 실험결과와 함께 부식에 의한 강도저하를 뒷받침하는 요인들로서 다음과 같은 것들이 있다.▲만약 용접불량이 직접적인 원인이라면 붕괴는 건설 직 후 일어나게 된다.▲문제의 수직재 파단부분 주위가 녹물로 뻘겋게 물들어 있다.▲절단면(용접부위) 내부까지 완전히 녹이 슬어있다.위의 사실로 볼 때 용접부위의 페인트가 벗겨지면서 이를 통해 부식이 서서히 진행돼 용접부분이 절단되면서 붕괴가 일어난 것으로 분석할 수 있다. 용접부위는 그 특성상 미세한 구멍이 생길 수 있는데 도장(塗裝)이 손상되면 이 구멍을 통해 물이 스며들어 부식속도가 가속화되면서 미세균열이 발생하게 되며 이 물의 성분이 염화칼슘과 같은 강염(强鹽)성분일 경우에는 다리의 안전에 치명적인 손상을 주게 된다.4. 고찰물론 성수대교 붕괴의 가장 큰 요인은 무단 설계 변경 및 관리 소홀로 볼 수 있다. 그러나 제대로 설계된 교량에도 균열 성장이 존재할 것이며 성수대교의 경우 이러한 균열성장이 단기간에 그리고 순식간에 일어난 것으로 판단할 수 있다. 따라서 이러한 균열 성장을 일으키는 요인과 개선 방법에 대해 좀 더 생각해 볼 필요가 있다.우선 교량파괴의 과정을 보면,교량 부재의 모든 부분에 미세 균열을 갖고 있지만 용접부의 초기 균열은 가장 먼저, 그리고 가장 많이 성장할 정도로 다른 부분들 보다 큰 형태로 존재(균열 발생)한다. 교량 부재의 위치마다 각기 다른 하중상태를 겪는데 이는 교량 자체의 하중을 받고 있을 뿐만 아니라 차량 통과로 인해 교량의 가장 상판에서 발생한 반복응력이 아래로 전파된다. 이러한 다양한 반복하중 상태 속에서 결국 가장 큰 초기균열을 갖고 있던 용접부에서 균열의 성장이 두드러진다. 이곳의 균열은 계속되는 반복하중 속에 점점 진전하여 교량부재의 주요부분으로 성장한다. 이렇게 성장하는 동안 교량 부재의 유효단면적은 점점 감소하게 되고, 어느 순간 큰 하중이 작용하거나 어떠한 경위로 증폭된 응력은 유효단면적이 가장 작은 부분에서 파괴된다.

공학/기술| 2005.11.09| 7페이지| 1,000원| 조회(3,993)

용접, 성수대교, 파괴역학, 다리붕괴

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[열및유체실험]가솔린기관 성능실험

{Gasoline 기관 성능 실험{{1. 실험목적가솔린기관의 성능을 평가하는 방법을 습득하고 이에 사용되는 여러 가지 인자들에는 어떠한 것이 있으며 이들 인자들은 어떠한 관계를 가지는 가를 이해하는 것에 목적이 있다.2. 기초이론(1)토크와 동력토크는 동력계로부터 측정할 수 있고, 동력은 다음의 식으로 토크를 이용하여 계산한다.{P_{ B } = { 2 pi N } over { 60 } TIMES T``````````````````(w)(2) 연료소비율과 열효율. 연료 소비율 : 단위동력출력에 대한 연료유동률을 의미한다.S.F.C={{DOT { m}_{f } {10 }^{3 }} over { P}_{B }(g/kwh){dot { m}_{f } ={F over t}{F=V(ml)여기서, = 사용연료의 밀도{dot { m}_{f }= 사용연로의 mass fiow ratet = 연료유량계안에 있던 연료가 소비된 시간F = 측정시간동안 소비한 연료량. 공연비 : 공기의 유동률과 연료의 유동률의 비율을 나타낸다.R = {dot { m}_{a } over dot { m}_{f }{dot { m}_{a }= 공기 mass flow rate{dot m_f= 사용연료의 mass flow rate(3) 제동 열효율제동 열효율의 정의는{_b ~=~{Actual ~power ~output} over {Rate ~of~ heat~ input}이다. 열공급율은 연료의 소비율을 곱한 값, 즉 {dot{ m}_{f } H이다. 그러므로, 이를 표현하면{{ }_{b }= { P}_{B }over{ dot{ m}_{ f} H} 3600이다. 그리고 이 제동열효율은 기관에서 일어나는 모든 손실을 설명한다.(4) 배기 열손실배기에서 손상된 열을 추정하는 것은 배기와 대기 온도사이의 차이를 측정함으로서 구해진다. 그리고 배기가스의 비열을 1KJ/kgK로 가정하면Heat Loss in Exhaust={(DOT m _a + dot m _f ) TIMES 1 TIMES DELTA T엔진으로 공급된 열은 {Q = DOT m _f TIMES H배기로 방출된 열은 들어온 열의 비율로 표현된다.{%Heat~ Loss~ Exhaust~=~{{({m_a}+{m_f})} 1 t 100}over{{m_f} H}여기서 H는{kJ/kg.3.측정치와 측정치를 이용한 계산과정.(1)Data Sheet{12345회전수(rpm)38*************02600토오크(Nm)02.83.04.06.0제동마력(hp)01.3369(=0.9969kW)1.3480(=1.0052kW)1.6850(=1.2565kW)2.1906(=1.6335kW)연료time(s)16.4118.4118.5419.2622.52kg/hr1.3151.1721.1631.1200.958g/kwh-11751157891.3586.4공기kg/hr1210.510.5109.5공연비9.1298.9619.0258.9299.918배기가스온도( )5*************0제동열효율00.069610.070690.091790.13953배기열손실0.11050.11770.11390.11060.1166수두차10.59.59.598.5(2)계산과정 (실험3)공급연료량 : {8ml``=`8` TIMES 10^{ -6 } m^{ 3 }공기의 밀도 : {rho_a ``=``1.21kg/m^3연료의 밀도 : 749 kg/m3대 기 온 도 : 201 토크와 동력{P_B = 2piN over 60 times T = {2 pi times 3200} over 60 times 3.0 = 1005.24(W~)=1.00524kW2 연료소비율(S.F.C){F=V(ml) times rho = 8 times 10^-6 (kg) times 749(kg/m^3 ) = 0.005992[kg]{dot{m_f} = F(kg) ~/~ t(h) = 0.005992 over {18.54/3600} = 1.163[kg/h]{=0.0003231kg/s{S.F.C = {dot{m_f} times 10^3} over P_B = { 1.163(kg/hr) 10^3} over {1.00524kW }=1157g/kWh여기서, = 사용연료의 밀도({kg/m^{ 3 })t = 연료가 8{ml소비될 때 까지 걸린 시간(s)F = 측정시간동안 소비한 연료량({ml`````` rarrow ````kg)3 공 연 비(Air-Fuel Ratio){dot{m_a} = {10.5(kg/hr) } over {3600 }=0.002917kg/s{dot{m_f} = {1.163(kg/hr)} over 3600 = 0.0003231kg/s{R={dot{m_a}} over {dot{m_f}} = 0.002917 over 0.0003231= 9.0254 제동 열효율{_b = P_B over {dot{m_f} times H} = {1.00524(kJ/s)} over {0.0003231(kg/s) times 44000(kJ/kg)} =0.07069=7.069%5 배기열손실*배기로 방출된 열={(dot{m_a}+dot{m_f}) times 1 times DELTA T = (0.002917+0.0003231)(kg/s) times 1(kJ/kgK) times (520-20)(K)= {1.6201kJ/s*공급된 열{Q = dot{m_f} times H = 0.0003231(kg/s) times 44000(kJ/kg) = 14.216kJ/s{THEREFOREHeat Loss in Exhaust {={배기로방출된 열량 } over {공급된 열량 } ={(dot{m_a}+dot{m_f}) times 1 times DELTAt times 100} over {dot{m_f} times H}{= { 1.6201kJ/s } over { 14.216kJ/s } =0.1139=11.39%4. 토크-rpm 선도{5.제동마력-rpm 선도{6. 공연비-rpm 선도{7. 연료소비율-rpm 선도{8.결과 및 고찰*결과 분석토크-rpm 선도를 보면 rpm이 증가할수록 토크는 감소함을 알 수 있다. 토크를 변화시키면서 그에 따른 rpm 변화를 측정한 것이므로 역으로 엔진에 토크가 작용되는 상황이 되면(즉 실험에서 수력에 의한 토크가 가해지면) rpm이 감소함을 알 수 있다. 동력 {P(W)=T(Nm) TIMES w(rad/s)에서 엔진이 어떤 정해진 동력을 갖고 있다면 토크와 각속도는 반비례함을 알 수 있다.제동마력-rpm 선도에서는 3800rpm에서는 토크를 가하지 않았으므로 다른 데이터의 흐름과는 다른 양상을 보일 것이므로 제외하고 나머지 4개의 데이터를 보면 rpm이 증가할수록 제동마력이 감소하다가 3200,3400rpm에서 비슷한 값을 보인다. rpm이 증가할수록 마력이 감소한다는 것은 rpm의 증가율 보다 토크의 감소율이 더욱 커지기 때문이라는 것을 예측해 볼 수 있다. 이것은 다음의 연료소비율-rpm 선도와 함께 비교해보면 어떤 특징을 파악해 볼 수 있을 것 같다. 연료소비율 - rpm 선도에서는 rpm이 증가할수록 연료소비율이 증가하는 것을 볼 수 있으며, rpm이 감소할수록 제동마력과 토크가 증가하므로 실제 엔진의 사용 시에 연료소비율과 이러한 여러 인자들을 모두 고려하여 가장 효율적인 사용방법을 생각해 볼 수 있다.공연비-rpm 선도는 8.9에서 9.9의 범위를 보였다. 거의 일정한 값이라고 할 수 있다. 그러나 가장 낮은 rpm에서 최대값을 보였다. 그리고 제동열효율은 rpm이 낮아질수록 증가하므로 rpm이 낮아질수록 기관에서 일어나는 손실이 증가한다.자동차의 예를 들어 위의 결과들을 종합해 보면, 조교님의 설명대로 자동차가 언덕길을 만나 엔진에 부하(토크)가 가중될 때, 많은 힘을 내기 위해 rpm은 떨어지고({P(W)=T(Nm) TIMES w(rad/s)에서 동력이 일정할 때 T 와 w는 반비례 관계이므로), 연료가 연소되는 시간은 증가하게 된다. 즉 같은 연료를 사용할 때 더 오랬동안 사용할 수 있다. 그리고 배기가스 온도는 낮아지고, 연소 시 필요로 하는 공기량도 줄어들게 된다. 그리고 위의 식에서 토크는 자동차의 속도에는 영향을 주지 못하고 동력이 속도에 영향을 주는 것임을 알 수 있다.위에서 {P(W)=T(Nm) TIMES w(rad/s)를 언급했는데 이것은 출력이 일정할 때 실험에 의해 얻은 데이터를 더욱 명확히 비교할 수 있을 것 같다. 즉 실험 시 엔진을 최대출력에 가까운 동력으로 일정하게 가동 시켜 데이터를 얻는 다면 더욱 명확한 데이터를 얻을 수 있을 것 같다.이 실험은 필요한 데이터가 대부분 게이지에 의해 정확히 측정될 수 있어서 데이터는 명확한 값을 얻을 수 있었다. 그래도 오차의 원인이 될 수 있는 사항들을 생각해보면, 실험실 온도를 20도로 가정한 것, 연료소모량을 측정할 때 육안에 의한 부피와 시간측정, 엔진내부의 문제에 의한 불완전 연소, 특히 일반적인 엔진의 공연비가 14.7:1인데 비해 이번 실험에서는 9-10사이의 값을 보였다. 이것은 공기가 덜 유입되었다는 것인데,

공학/기술| 2004.12.20| 6페이지| 1,000원| 조회(1,970)

내연기관, 가솔린기관, 열및유체실험, 제동열효율, 배기열손실

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[열및유체실험]히트펌프

Heat Pump 성능 실험Heat Pump 성능 실험1. 실험목적냉동장치(heat pump)의 작동원리를 이해하고, 성능계수를 측정하여 냉동 시스템에서의 에너지 변환 원리를 이해한다.2. 기초이론(1) 증기 압축 냉동사이클-냉동 사이클: 일을 공급하여 저온부에서 고온부로 이동시킴.냉동기(refrigerter) : 저온부에서 열흡수가 목적(냉동이 목적)열펌프(heat pump) : 고온부에서 열공급이 목적(난방이 목적)가) Ideal Cycle; 증기압축 냉동사이클의 이상 사이클은 1 - 2 - 3 - 4 - 1 의 사이클로 이루어 진다. 즉, 저압의 건포화증기가 압축기 1-2로 들어가서 가역단열 압축과정하면 서 압력과 온도를 높인 다음에 응축기과정 2-3에서 일정 압력하에서 열을 방출 하고 작동유체는 포화액체가 된다. 이어서 교축 팽창과정 3-4를 통하여 압력이 낮아지고, 작동유체는 과정 4-1에서 일정압력하에 증발하여 외부로부터 열을 흡수하고 냉동효과를 낸다.? 1 - 2 : 가역단열 압축과정 (Compressor)? 2 - 3 : 등압열 방출 과정 (Condenser)? 3 - 4 : 교축 과정 (throtting valve)? 4 - 1 : 등압 흡열 과정 (Evaporator)나) 실제사이클; 실제사이클은 압축기의 비가역성, 관내마찰로 압력강하와 주위로부터의 열전달 때문에 이상사이클에서 벗어난다.(2) 성능계수(coefficient of performance)(i) 냉동기 :열펌프 성능 실험(ii) Heat Pump :*극저온 냉동 사이클: 극저온은 대체로 120K 이하의 온도를 말한다. 극저온을 생성하는 방법은 열역학적 원리상 등엔트로피 과정과 등엔탈피 과정으로 나누어진다.-등엔트로피 과정 : 외부와 열교환을 하지 않는 단열과정이며, 외부에 일을 하면서 더 낮은 온도를 얻거나 냉동효과를 얻는 방법이다.-등엔탈피 과정 : 외부에 일을 하지 않고 고압의 가스를 팽창시키는 방법이다. 고압의 가스가 통로가 매우 작은 곳(Valve, Orifice)을 지나면 : Copper tube dia - 6.3mmCooling area - 0.032 m-2- Evaporator : Flooded type- Thermometers : seven (Five(0℃～50℃), Two(-10℃～110℃))- Pressure Gauge(2) : Range -100 to +250 kN/m2 gauge- Compressor : Single cylinder reciprocating type (approximately 810 watts)- Flow meter : Two -Ranger 0 to 50 gramme s-1- Expansion valve : Float operated needly valve fitted in condenser base plate◎ Useful data- Condenser : Water coil surface area - 0.032m-2- Evaporator : Water coil surface area - 0.032m-2- Specific heat capacity of water (Cp) - 4.18 kj/kg K◎ 냉매의 성질- 20℃에서 액체 상태- Melting Point : -103.5℃- Boiling Point : 32.0℃- Critical pressure : 43.4bar- Critical Temperature : 205℃- Density - (liquid) at 25℃ : 12.4 g/cm3- (vapor) at 25℃ : 5.018 kg/cm34.실험방법1) 수도 밸브를 조작하여 적당한 유량이 장치내로 흘러들게 한다.2) ①번, ②번 밸브를 Normal Operation 위치로 선택한다.3) 전원 스위치를 ON 시킨다.4) 증발기 물의 유량을 20g/s 로 고정시키고, 응축기 응축수의 유량을 40g/s 로 조정한 다음 정상 상태의 온도에 도달 할 때까지 약 15분 동안 시운전 한다.5) 응축기 압력(P), 응축기 온도 (T), 증발기 압력(P), 증발기 온도(T)를 측정한다.6) 응축기의 응축수를 amete를 측정한다.8) 전원 스위치를 OFF시킨 다음 ①,②번 밸브를 잠그고 실험을 마친다.*실험 상태 및 Symbols Units1) 공기의 압력 : 대기압 101 kN/m2) 공기의 온도3) Rafrigerant : R141b4) 압력의 단위 (kN/m) : 절대압력 = 게이지 압력 + 대기 압력Local Atmospheric Pressure : 101kN/m5.실험결과1)Data SheetTest No.12345Evaporator Gauge Pressure Pe[kN]-60-59-60-60-62Absolute Evaporator Pressure Pe[kN]4142414143Evaporator Temperature t[℃]13.011.010.510.010.0Evaporator Water Flow Rate m[g]2020202020Evaporator Water Inlet Temp. t[℃]19.018.518.017.017.0Evaporator Water Outlet Temp. t[℃]17.017.016.015.015.0Condensed Gauge Pressure Pe[kN]8975656059Absolute Condenser Pressure Pe[kN]19*************Compressor Discharge Temp. t[℃]50.048.047.049.051.0Condenser Temperature t[℃]35.033.530.028.525.0Condenser Water Flow Rate[g]410203040Condenser Water Inlet Temp. t[℃]18.518.017.016.017.0Condenser Water Outlet Temp. t[℃]28.023.019.017.017.02)에너지 균형식에 의한 냉각수의 열전달량*의 값을 4.18단위로 사용할 것이므로 Water Flow Rate도에서에 1000을 나누어서로 변환하여 사용한다.(1)응축기(Condenser)-실험1 :-실험2 :-실험3 :-실험4 :-실험5 :(2)증발기(Evapo.16720.12540증발기열전달량0.16720.12540.16720.16720.16722)성능계수(Coefficient of performance)-실험23)실험데이터를 이용하여 증기압축식 냉동사이클을 P-h선도 상에 그리고 이상사이클과 비교해 보아라.-열역학 교재 p.556에 나오는 이상 증기압축식 냉동사이클의 P-h선도와 실험에서 구한 P-h선도를 비교해 보면 다른 부분은 형상이 같지만 1-2과정(가역단열 압축과정)의 곡선 모양은 실험에서 구한 선도에서는 표현이 안 되었다.(그림은 마지막 페이지에 있음.)6.고찰1)Joule-Thomson Effect기체를 가는 구멍으로 분출시키면 부피가 V가 절대 온도 T에 비례하지 않기 때문에 일 어나는 효과이며, 이상기체에서는 일어날 수 없다. W.톰슨과 J.P.줄이 1852년 무렵부터 62년에 걸쳐 실험을 반복하던 중에 발견하였다. 외계와의 열의 출입을 무시할 수 었는 과 (管)의 중간에 솜 등의 다공성 물질을 채우고, 그 한쪽에서 다른 쪽으로 기체를 보내면 기체의 압력은만큼 내려가며, 동시에의 온도변화가 일어난다.와는 비 례하고, 정압열용랑을라 하면의 관계가 있다. 이 비례계수/를 줄-톰슨계수라 한고, 그것이 0이 되는 온도를 그 기체의 역전온도라 한다. 역전온도 이하에서는 온도하강이 일어나고, 그 이상의 온도에서 는 온도상승이 일어난다. 공기?이산화탄소 등의 상압(常壓)에서의 역전온도는 상온보다 높 다. 이 효과는 기체의 액화에 이용되는데, 수소도 -80℃ 이하인 온도에 있는 경우는 분출 (噴出)에 의하여 냉각하게 된다.*Joule-Thomson Effect로 설명할 수 있는 것가스통 표면에 물방울이 맺혀 있는 현상고압기체를 Throttling 하여 팽창시킬 때 압력의 변화에 대한 온도의 변화를 Joule-Thomson (쥴-톰슨) 효과라고 하고, 단열팽창에 의해 온도강하가 일어난다.(Joule-Thomson`Coefficient)이상기체는 스로틀링(throttling) 과정에서 J-T효과가 나타나지 않지만, 하고, 이 온도는 압력에 따라 상이하게 나타난다. 또한 이 온도를 기점으로 압력이 강하하면서, Joule-Thomson Coefficient에 의하여 상온(常溫)에서는 수소만은 온도가 올라가는데, 다른 기체는 냉각된다. 그 정도는 분출 전후의 압력차를 1atm으로 하면 산소에서 약 0.32℃ 공기에서 0.26℃인데, 압력차에 비례하여 그 정도가 커진다. 이들 기체를 강하게 압축하여 분출시키면 온도를 극적으로 내려서 액화(液化)할 수 있다*Joule-Thomsom Coefficient줄-톰슨계수라 통칭되는 미분항의 부호에 의하여 결정된다.-가 양(+)이면 조름공정에 의하여 온도는 감소되고 음(-)이면 온도가 증가된다.- 줄-톰슨계수를 다른 열역학적 성질로 변환하려면2)결과 분석- 실험을 5회에 걸쳐 실시하였는데 우리가 변화시킨 값은 Condenser Water Flow Rate였다. 즉 다른 값은 모두 그대로 두고 실험이 한번 끝날 때 마다 Flow rate를 변경시키고 10분정도 기다린 후 게이지 값을 측정했다. 그래프를 보면 flow rate를 증가시킬 때 Condenser에서의 열전달량은 증가하다가 감소함을 알 수 있고, Evaporator에서의 열전달량은 거의 일정함을 알 수 있다. 결과 그래프의 흐름으로 볼 때 Condenser에서의 열전달량은 유량이 증가할수록 줄어드는 것으로 생각할 수 있는데 이것은 유량이 증가할수록 물이 많아지므로 물의 온도를 높이는 것이 더 어려워지기 때문이라고 생각한다.-열전달량을 구하는 식에서 가장 중요한 부분은 온도 차이라고 할 수 있다. Test5에서 응축기의 열전달량이 0이 나온 것은 온도차이가 없기 때문인데 육안에 의한 측정이므로 미세한 온도차이를 읽어내지 못한 것 때문이다.- P-h선도에 대해증기 압축식 냉동사이클 해석에서 종종 사용되는 선도로서 네 개의 과정 중 세 개의 과정 고선이 직선으로 나타나고, 응축기 및 증발기에서의 열전달은 이에 대응하는 과정 곡선의 수평 길이에 비례한다. 이 실험에서는 실험에 의해 측정었다.

공학/기술| 2004.12.20| 9페이지| 1,000원| 조회(1,425)

열펌프, 히트펌프, heatpump, 성능계수, 줄톰슨효과

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[열및유체실험]양항력실험

1.실험목적 : 물체주위에 흐르는 유동에 의해 형성되는 외력을 풍동실험을 통하여 측정하고 분석하여 이에 따라 유체역학의 이론을 이해한다.2.실험기초이론1)마노메터(Manometer): 액체기둥의 높이차를 이용하여 압력, 압력차를 구하는 기구압력차:2)베르누이법칙 : 정상, 비압축성, 비점성이며 축일이나 전단일이 없는 유동일 경우 압력과 위치에너지와 운동에너지와의 관계는 항상 일정하다는 법칙.즉 같은 유동조건일 때 아래와 같은 공식으로 나타낼 수 있다.3)피토관 : 유속을 측정하는 기구중의 한가지로써 정압과 동압의 차를 구하여 유속을 측정함1번 지점에서는 속도는 0이면서 정압만 존재2번 지점에서는 속도의 동압만 존재그러므로 정압과 동압의 차를 구하면,4)양력발생원리 : 비행기 날개의 경우 날개 윗면이 아랫면보다 길이가 긴 형상을 띄고 있어서, 동일한 유동이 날개를 지날 경우 아랫면을 지나는 유속보다 윗면을 지나는 유속이 더 빠르게 되어 베르누이 법칙에 의하여 윗부분 압력이 아랫부분보다 작아짐을 알 수 있다. 이러한 압력의 차이를 이용하여 비행기에 상승하려는 양력이 발생하게 된다.반면에 유동의 흐름으로 인하여 반대로 진행방향에 저항하는 힘인 항력도 같이 발생하게 된다.5)압력계수, 양력계수, 항력계수*압력계수:압력에 대한 무차원수 ->*양력계수:양력에 대한 무차원수 ->*항력계수:항력에 대한 무차원수 ->3.Data sheet#case1(초기위치=0.08m, V=11.306, P1(정압)=0.088, P2(동압)=0.08 )1)받음각 0도 일때위치H(m)ΔpAFθΦsinΦcosΦFsinΦFcosΦ10.08219.570.001950.038224.15114.150.9125-0.40910.0348-0.015630.09097.870.00240.234910.76100.760.9824-0.18670.2308-0.043950.092117.450.00240.28196.1796.170.9942-0.10750.2802-0.030370.092117.450.00360.42282.9492.610.9920.1290.4660.060220.08439.150.18280.750.9870.1610.1800.0294.5710.2393)받음각 6도 일때위치H(m)△pFΦsinΦcosΦFsinΦFcosΦ10.106254.470.496120.150.865-0.5020.429-0.24930.106254.470.611106.760.958-0.2880.585-0.17650.102215.320.517102.170.978-0.2110.505-0.10970.096156.600.56498.940.988-0.1550.557-0.08890.097166.390.79996.780.993-0.1180.793-0.094110.096156.600.75294.870.996-0.0850.749-0.064130.091107.660.51793.310.998-0.0580.516-0.030150.09097.870.47092.390.999-0.0420.469-0.020170.092117.450.56491.611.000-0.0280.564-0.016190.091107.660.51790.951.000-0.0170.517-0.009210.09097.870.55889.941.0000.0010.5580.0016.241-0.853위치H(m)△pFΦsinΦcosΦFsinΦFcosΦ20.0800.000.000107.810.952-0.3060.0000.00040.08658.720.14194.530.997-0.0790.140-0.01160.09097.870.22089.631.0000.0070.2200.00180.09097.870.33886.490.9980.0610.3370.021100.092117.450.56485.090.9960.0860.5620.048120.092117.450.56482.280.9910.1340.5590.076140.092117.450.56481.910.9900.1410.5580.079160.09097.870.47080.380.9860.1670.4630.078180.09097.870.470798988.0860.42373.350.9580.2870.4050.121200.09097.8740.47073.610.9590.2820.4510.133220.08548.9370.22871.750.9500.3130.2160.0713.1550.7836)받음각 15도 일때위치H(m)△pFΦsinΦcosΦFsinΦFcosΦ10.108274.050.534129.150.775-0.6310.414-0.33730.106254.470.611115.760.901-0.4350.550-0.26550.105244.680.587111.170.933-0.3610.548-0.21270.104234.900.846107.940.951-0.3080.805-0.26090.102215.321.034105.780.962-0.2720.995-0.281110.1195.750.940103.870.971-0.2400.912-0.225130.099185.960.893102.310.977-0.2130.872-0.190150.098176.170.846101.390.980-0.1970.829-0.167170.096156.600.752100.610.983-0.1840.739-0.138190.097166.390.79999.950.985-0.1730.787-0.138210.095146.810.83798.940.988-0.1550.827-0.1308.277-2.345위치H(m)△pFΦsinΦcosΦFsinΦFcosΦ20.080.000.00098.810.988-0.1530.0000.00040.0819.790.02385.530.9970.0780.0230.00260.08329.360.06680.630.9870.1630.0650.01180.08658.720.20377.490.9760.2170.1980.044100.08878.300.37676.090.9710.2400.3650.090120.0997.870.47073.280.9580.2880.4500.135140.091107.660.51772.910.9560.2940.4940.15216P1=0.098, P2=0.076위치H(m)△pFFsinΦFcosΦ10.104234.900.4580.400-0.22330.12391.500.9400.904-0.25550.119381.710.9160.899-0.17770.114332.771.1981.186-0.16590.11293.621.4091.402-0.142110.113322.981.5501.547-0.105130.118371.921.7851.784-0.072150.106254.471.2211.221-0.030170.105244.681.1741.174-0.013190.104234.901.1281.1280.001210.102215.321.2271.2270.02312.872-1.158위치H(m)△pFFsinΦFcosΦ20.08878.300.1530.145-0.04940.104234.900.5640.561-0.05460.108274.050.6170.617-0.00780.104234.900.8100.8100.036100.106254.471.2211.2190.083120.105244.681.1741.1660.137140.101205.540.9870.9790.122160.102215.321.0341.0220.155180.102215.321.0341.0190.173200.102215.321.0341.0200.169220.0997.870.4550.4460.0899.0030.8534)v=22.9635, P1=0.108, P2=0.075위치H(m)△pFFsinΦFcosΦ10.11293.620.57260.5000-0.278930.13489.371.17451.1303-0.319050.136548.091.31541.2905-0.254870.13489.371.76171.7448-0.243490.13489.372.34902.3370-0.2366110.126450.222.16112.1561-0.1459130.122411.071.97311.9715-0.0795150.119381.711.83221.8317-0.0444170.12391.51943-0.31780.62300.07900.08840.011264.03180.52116.2414-0.85332.20960.33220.31360.047193.58940.68907.2974-1.55433.70800.86530.52620.1228123.15520.78268.6000-2.23085.44471.44830.77260.2055153.09370.96458.2766-2.34545.18281.38100.73550.19602)속도에따른 양항력과 양항력계수의 변화윗면아랫면totaL양항력 계수VFLFDFLFDFLFDCLCD11.3064-0.49850.39205.79414.04181.75230.10650.24870.015115.9897-1.31460.49207.63715.55362.08350.82260.14780.058418.7496-1.15820.853212.87259.00283.86970.30500.19970.015722.7496-1.58911.305418.167613.91134.25630.28370.14920.009927.6950-2.19371.857025.462419.08186.38060.33660.15090.008031.3309-3.02922.457833.018224.04318.97500.57140.16590.01062)결과에 대한 분석*양력과 항력은 받음각과 속도에 의해 변하는 것을 알 수 있다. 양력은 받음각과 속도가 증가할수록 커지며, 항력은 양력에 비해 증가율이 현저히 작다. 이것은 실험에서, 주어진 조건이 변화할 때, 위로 올려주는 힘 즉 양력은 비교적 쉽게 변화시킬 수 있지만 항력은 조절하기가 어렵다는 것을 나타낸다. 비행체는 추진 장치가 있으므로 항력은 실험조건 이외의 요소로 조절이 가능할 것 같다. 그리고 속도를 증가시키면 비례적으로 양력이 증가하는데 비해 받음각을 변화시킬 때는 12도 까지 양력이 증가하다가 15도가 되면 다시 감소하는 것을 볼 수 있다. 이것은 받음각을 증가시킨다고 해서 무조건 양력이 증가하는 것이 아니라 최대가 되는 적절한힐

공학/기술| 2004.12.20| 9페이지| 1,000원| 조회(1,093)

양력, 항력, 피토관, 양항력, 받음각

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