令和元年度 技術士一次試験 機械部門択一(30)軸流ファンの動力

令和元年度 技術士一次試験 機械部門択一問題の解答解説です。

技術士一次試験だけでなく、JABEE認定大学の機械工学科の皆さんにも活用できる内容になっていると思います。

お役に立てれば幸いです。

JABEE ｜一般社団法人 日本技術者教育認定機構｜世界で通用する技術者」になるための学びが、ここに。 から引用

技術者を育成する教育プログラムを「技術者に必要な知識と能力」「社会の要求水準」などの観点から審査し、認定する非政府系組織です。“教育プログラム”は認定の対象とする教育の主体のことで、通常、工学・農学・理学系の学科あるいは学科内のコースに対応します。

中略

• 認定プログラムの修了生は、国家資格である技術士の第一次試験が免除されます。

 

問題30 室内の空気を軸流ファンにより室外に排出している。室内の空気は静止しており,排出口では空気の流速は15m/sである。排出口の面積は0.070 m2であり,室内と排出口での圧力は同じとみなしてよい。このファンの動力が0.20 kWのとき, ファンのエネルギー効率として最も近い値はどれか。ただし,空気の密度は1.2 kg/m3とし,管路での摩擦抵抗や流れの旋回は無視する。 

① 0.04 

② 0.05 

③ 0.56 

④ 0.59 

⑤ 0.71

～～～～～～～～～～

技術士会の正答は、⑤でした。

 

排出口の動圧Hは、密度をρとすると、

　H＝1/2ρV^2 

排出量Qは、

　Q＝V×A

ファンの必要動力Pは、エネルギー効率をηとすると、

　P＝H×Q/η

　η＝（H×Q）/P

それぞれ代入して

　η＝（1/2ρV^2 ×V×A）/P

数値を代入する前に、次元解析してみましょう。

　［－］＝（［㎏/m3×m2/s2］×［m/s×m2］）/［kW］

ηは無次元なので、分子と分母は同じ次元になります。

　［kW］＝［㎏/m3×m2/s2］×［m/s×m2］

　　　　＝［㎏×m/s2×m/m3］×［m3/s］

　　　　＝［N/m2］×［m3/s］

　　　　＝［N・m/s］

　　　　＝［J/s］＝［W］

と一致させるには、左辺を1000倍しなければなりませんね。

　

　H＝1/2ρV^2 

　 ＝1/2×1.2×15^2 

　 ＝135Pa

　

　Q＝V×A

　 ＝15×0.07

　 ＝1.05m3/s

 

　η＝（H×Q）/P

　　＝（135×1.05）/（0.2×1000）

　　＝0.70875

　  ≒0.71

 

と解答⑤に一致しましたね。

 

一次試験は、とにかく過去問を繰り返し解くことが、合格への近道です。

頑張ってください。