प्रवेश की लंबाई (द्रव गतिकी): Difference between revisions
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द्रव गतिकी में, प्रवेश लंबाई वह दूरी है जो प्रवाह पूरी तरह से विकसित होने से पहले एक पाइप (द्रव संवहन) में प्रवेश करने के बाद गति करता है।<ref name=":023">''ES162_08_Notes02a_Flow_In_Pipes_Changtamu.Pdf''. 1st ed. Cambridge: J. R. Rice, 2017. Print.</ref> प्रवेश की लंबाई प्रवेश क्षेत्र की लंबाई को संदर्भित करती है, पाइप में प्रवेश के बाद का क्षेत्र जहां पाइप की आंतरिक दीवार से उत्पन्न होने वाले प्रभाव विस्तारित [[सीमा परत]] के रूप में प्रवाह में फैलते हैं। जब सीमा परत पूरे पाइप को भरने के लिए फैलती है, तो विकासशील प्रवाह पूरी तरह से विकसित प्रवाह बन जाता है, जहां पाइप के साथ बढ़ी हुई दूरी के साथ प्रवाह की विशेषताएं अब नहीं बदलती हैं। विभिन्न प्रकार की प्रवाह स्थितियों का वर्णन करने के लिए कई अलग-अलग प्रवेश लंबाई उपस्थित हैं। हाइड्रोडायनामिक (द्रवगतिकी) प्रवेश लंबाई पाइप की दीवार से फैलने वाली श्यान बलों के कारण [[वेग]] प्रोफ़ाइल के गठन का वर्णन करती है। उष्मीय प्रवेश की लंबाई तापमान प्रोफ़ाइल के गठन का वर्णन करती है।<ref name=":1" /> उपकरण के प्रभावी स्थान के लिए प्रवेश की लंबाई के बारे में जानने की आवश्यक हो सकती है, जैसे द्रव प्रवाह माप इत्यादि है।<ref name=":3">{{Cite book|title=मैकेनिकल इंजीनियर की हैंडबुक|last=Marghitu|first=Dan|publisher=Elsevier|year=2001|pages=Section 402.1 Page 6|via=Knovel}}</ref> | द्रव गतिकी में, '''प्रवेश लंबाई''' वह दूरी है जो प्रवाह पूरी तरह से विकसित होने से पहले एक पाइप (द्रव संवहन) में प्रवेश करने के बाद गति करता है।<ref name=":023">''ES162_08_Notes02a_Flow_In_Pipes_Changtamu.Pdf''. 1st ed. Cambridge: J. R. Rice, 2017. Print.</ref> प्रवेश की लंबाई '''प्रवेश क्षेत्र''' की लंबाई को संदर्भित करती है, पाइप में प्रवेश के बाद का क्षेत्र जहां पाइप की आंतरिक दीवार से उत्पन्न होने वाले प्रभाव विस्तारित [[सीमा परत]] के रूप में प्रवाह में फैलते हैं। जब सीमा परत पूरे पाइप को भरने के लिए फैलती है, तो विकासशील प्रवाह पूरी तरह से विकसित प्रवाह बन जाता है, जहां पाइप के साथ बढ़ी हुई दूरी के साथ प्रवाह की विशेषताएं अब नहीं बदलती हैं। विभिन्न प्रकार की प्रवाह स्थितियों का वर्णन करने के लिए कई अलग-अलग प्रवेश लंबाई उपस्थित हैं। हाइड्रोडायनामिक (द्रवगतिकी) प्रवेश लंबाई पाइप की दीवार से फैलने वाली श्यान बलों के कारण [[वेग]] प्रोफ़ाइल के गठन का वर्णन करती है। उष्मीय प्रवेश की लंबाई तापमान प्रोफ़ाइल के गठन का वर्णन करती है।<ref name=":1" /> उपकरण के प्रभावी स्थान के लिए प्रवेश की लंबाई के बारे में जानने की आवश्यक हो सकती है, जैसे द्रव प्रवाह माप इत्यादि है।<ref name=":3">{{Cite book|title=मैकेनिकल इंजीनियर की हैंडबुक|last=Marghitu|first=Dan|publisher=Elsevier|year=2001|pages=Section 402.1 Page 6|via=Knovel}}</ref> | ||
== द्रवगतिकी प्रवेश लंबाई == | |||
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द्रवगतिकी प्रवेश क्षेत्र पाइप के क्षेत्र को संदर्भित करता है जहां पाइप में प्रवेश करने वाला द्रव पाइप की आंतरिक दीवार से फैलने वाली श्यान के कारण वेग प्रोफ़ाइल विकसित करता है।<ref name=":023"/>यह क्षेत्र एक असमान प्रवाह की विशेषता है।<ref name=":023" />द्रव एक समान वेग से पाइप में प्रवेश करता है, फिर पाइप की सतह के संपर्क में परत में द्रव के कण [[नो-स्लिप स्थिति|न फिसलने स्थिति]] के कारण पूर्ण रूप से बंद हो जाते हैं। द्रव के भीतर श्यान ताकतों के कारण, पाइप की सतह के संपर्क में आने वाली परत संलग्न परतों की गति का विरोध करती है और तरल पदार्थ की संलग्न परतों को धीरे-धीरे धीमा कर देती है, जिससे वेग स्थिति बन जाती है।<ref>{{Cite book|title=परिवहन घटनाएं|author1=Stewart, Warren E.|author2=Lightfoot, Edwin N.|date=2007-01-01|publisher=J. Wiley|isbn=978-0471410775|oclc=77079936}}</ref> द्रव्यमान के संरक्षण को सही रखने के लिए, पाइप के केंद्र में द्रव की परतों का वेग पाइप की सतह के पास द्रव की परतों के घटे हुए वेग की भरण करने के लिए बढ़ जाता है। यह पाइप के अनुप्रस्थ-काट में वेग प्रवणता विकसित करता है।<ref name=":0" /> | द्रवगतिकी प्रवेश क्षेत्र पाइप के क्षेत्र को संदर्भित करता है जहां पाइप में प्रवेश करने वाला द्रव पाइप की आंतरिक दीवार से फैलने वाली श्यान के कारण वेग प्रोफ़ाइल विकसित करता है।<ref name=":023"/>यह क्षेत्र एक असमान प्रवाह की विशेषता है।<ref name=":023" />द्रव एक समान वेग से पाइप में प्रवेश करता है, फिर पाइप की सतह के संपर्क में परत में द्रव के कण [[नो-स्लिप स्थिति|न फिसलने स्थिति]] के कारण पूर्ण रूप से बंद हो जाते हैं। द्रव के भीतर श्यान ताकतों के कारण, पाइप की सतह के संपर्क में आने वाली परत संलग्न परतों की गति का विरोध करती है और तरल पदार्थ की संलग्न परतों को धीरे-धीरे धीमा कर देती है, जिससे वेग स्थिति बन जाती है।<ref>{{Cite book|title=परिवहन घटनाएं|author1=Stewart, Warren E.|author2=Lightfoot, Edwin N.|date=2007-01-01|publisher=J. Wiley|isbn=978-0471410775|oclc=77079936}}</ref> द्रव्यमान के संरक्षण को सही रखने के लिए, पाइप के केंद्र में द्रव की परतों का वेग पाइप की सतह के पास द्रव की परतों के घटे हुए वेग की भरण करने के लिए बढ़ जाता है। यह पाइप के अनुप्रस्थ-काट में वेग प्रवणता विकसित करता है।<ref name=":0" /> | ||
=== सीमा परत === | === सीमा परत === | ||
वह परत जिसमें अपरूपक श्यान बल महत्वपूर्ण होते हैं, सीमा परत कहलाती है।<ref name=":2" />यह सीमा परत काल्पनिक अवधारणा है। यह पाइप में प्रवाह को दो क्षेत्रों में विभाजित करता है:<ref name=":2" /> | वह परत जिसमें अपरूपक श्यान बल महत्वपूर्ण होते हैं, सीमा परत कहलाती है।<ref name=":2" />यह सीमा परत काल्पनिक अवधारणा है। यह पाइप में प्रवाह को दो क्षेत्रों में विभाजित करता है:<ref name=":2" /> | ||
# सीमा परत क्षेत्र: वह क्षेत्र जिसमें श्यान प्रभाव और वेग परिवर्तन महत्वपूर्ण हैं।<ref name=":2" /> अघूर्णी (कोर) प्रवाह क्षेत्र: वह क्षेत्र जिसमें श्यान प्रभाव और वेग परिवर्तन नगण्य होते हैं, जिसे अश्यान कोर भी कहा जाता है।<ref name=":1" /> | # सीमा परत क्षेत्र: वह क्षेत्र जिसमें श्यान प्रभाव और वेग परिवर्तन महत्वपूर्ण हैं।<ref name=":2" /> | ||
#अघूर्णी (कोर) प्रवाह क्षेत्र: वह क्षेत्र जिसमें श्यान प्रभाव और वेग परिवर्तन नगण्य होते हैं, जिसे अश्यान कोर भी कहा जाता है।<ref name=":1" /> | |||
जब द्रव सिर्फ पाइप में प्रवेश करता है, तो द्रव प्रवाह की दिशा में बढ़ते हुए सीमा परत की मोटाई धीरे-धीरे शून्य से बढ़ जाती है और अंततः पाइप केंद्र तक पहुंच जाती है और पूरे पाइप को भर देती है। पाइप के प्रवेश द्वार से उस बिंदु तक का यह क्षेत्र जहां सीमा परत पूरे पाइप को ढक देती है, उसे द्रवगतिकी प्रवेश क्षेत्र कहा जाता है और इस क्षेत्र में पाइप की लंबाई को द्रवगतिकी प्रवेश लंबाई कहा जाता है। इस क्षेत्र में, वेग प्रोफ़ाइल विकसित होती है और इस प्रकार प्रवाह को द्रवगतिकी विकासशील प्रवाह कहा जाता है। इस क्षेत्र के बाद, वेग प्रोफ़ाइल पूरी तरह से विकसित हो जाती है और अपरिवर्तित बनी रहती है। इस क्षेत्र को द्रवगतिकी रूप से पूर्ण विकसित क्षेत्र कहा जाता है। परन्तु यह पूरी तरह से विकसित द्रव प्रवाह नहीं है जब तक कि सामान्यीकृत तापमान प्रोफ़ाइल भी स्थिर नहीं हो जाती।<ref name=":2" /> | जब द्रव सिर्फ पाइप में प्रवेश करता है, तो द्रव प्रवाह की दिशा में बढ़ते हुए सीमा परत की मोटाई धीरे-धीरे शून्य से बढ़ जाती है और अंततः पाइप केंद्र तक पहुंच जाती है और पूरे पाइप को भर देती है। पाइप के प्रवेश द्वार से उस बिंदु तक का यह क्षेत्र जहां सीमा परत पूरे पाइप को ढक देती है, उसे द्रवगतिकी प्रवेश क्षेत्र कहा जाता है और इस क्षेत्र में पाइप की लंबाई को द्रवगतिकी प्रवेश लंबाई कहा जाता है। इस क्षेत्र में, वेग प्रोफ़ाइल विकसित होती है और इस प्रकार प्रवाह को द्रवगतिकी विकासशील प्रवाह कहा जाता है। इस क्षेत्र के बाद, वेग प्रोफ़ाइल पूरी तरह से विकसित हो जाती है और अपरिवर्तित बनी रहती है। इस क्षेत्र को द्रवगतिकी रूप से पूर्ण विकसित क्षेत्र कहा जाता है। परन्तु यह पूरी तरह से विकसित द्रव प्रवाह नहीं है जब तक कि सामान्यीकृत तापमान प्रोफ़ाइल भी स्थिर नहीं हो जाती।<ref name=":2" /> | ||
लामिनार प्रवाह के कथन में, पूर्ण विकसित क्षेत्र में वेग प्रोफ़ाइल परवलयिक है परन्तु [[अशांत प्रवाह|प्रक्षुब्ध प्रवाह]] के कथन में यह रेडियल (त्रिज्यीय) दिशा और एड़ी गति में अत्यधिक मिश्रण के कारण थोड़ा समतल हो जाता है। | लामिनार प्रवाह के कथन में, पूर्ण विकसित क्षेत्र में वेग प्रोफ़ाइल परवलयिक है परन्तु [[अशांत प्रवाह|प्रक्षुब्ध प्रवाह]] के कथन में यह रेडियल (त्रिज्यीय) दिशा और एड़ी गति में अत्यधिक मिश्रण के कारण थोड़ा समतल हो जाता है। | ||
पूर्ण विकसित क्षेत्र में वेग प्रोफ़ाइल अपरिवर्तित बनी हुई है। | पूर्ण विकसित क्षेत्र में वेग प्रोफ़ाइल अपरिवर्तित बनी हुई है। | ||
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जहाँ <math> x </math> प्रवाह दिशा में है। | जहाँ <math> x </math> प्रवाह दिशा में है। | ||
[[File:Development of fluid flow in the entrance region of a pipe.jpg|thumb|upright=3.0|center| | [[File:Development of fluid flow in the entrance region of a pipe.jpg|thumb|upright=3.0|center|पाइप में प्रवेश करने वाले द्रव का विकासशील वेग प्रोफ़ाइल।<ref name="worldcat.org">{{Cite book|title=Fluid mechanics : fundamentals and applications|last=Cimbala|first=John M.|date=2006-01-01|publisher=McGraw-Hill Higher Education|isbn=978-0072472363|oclc=834846067}}</ref>]] | ||
=== | === अपरूपण प्रतिबल === | ||
द्रवगतिकी प्रवेश क्षेत्र में, दीवार अपरूपण प्रतिबल, <math>\tau_w</math>, पाइप प्रवेशिका पर उच्चतम है, जहां सीमा परत की मोटाई सबसे छोटी है। अपरूपण प्रतिबल प्रवाह दिशा के साथ घट जाती है।<ref name=":2" />इसीलिए पाइप के प्रवेश क्षेत्र में [[ दबाव |दाब ह्रास]] सबसे अत्यधिक होता है, जो पूरे पाइप के लिए औसत [[फैनिंग घर्षण कारक|घर्षण कारक]] को बढ़ाता है। लंबे पाइपों के लिए घर्षण कारक में यह वृद्धि नगण्य है।<ref name=":2" /> पूर्ण विकसित क्षेत्र में, दाब प्रवणता और प्रवाह में अपरूपण प्रतिबल संतुलन में होते हैं।<ref name=":2" /> | द्रवगतिकी प्रवेश क्षेत्र में, दीवार अपरूपण प्रतिबल, <math>\tau_w</math>, पाइप प्रवेशिका पर उच्चतम है, जहां सीमा परत की मोटाई सबसे छोटी है। अपरूपण प्रतिबल प्रवाह दिशा के साथ घट जाती है।<ref name=":2" />इसीलिए पाइप के प्रवेश क्षेत्र में [[ दबाव |दाब ह्रास]] सबसे अत्यधिक होता है, जो पूरे पाइप के लिए औसत [[फैनिंग घर्षण कारक|घर्षण कारक]] को बढ़ाता है। लंबे पाइपों के लिए घर्षण कारक में यह वृद्धि नगण्य है।<ref name=":2" /> पूर्ण विकसित क्षेत्र में, दाब प्रवणता और प्रवाह में अपरूपण प्रतिबल संतुलन में होते हैं।<ref name=":2" /> | ||
[[File:Variation of Shear Stress with distance from the entry point.png|thumb|upright=2.0|center|प्रवेश बिंदु से दूरी के साथ कतरनी तनाव की भिन्नता।<ref name="worldcat.org"/>]] | [[File:Variation of Shear Stress with distance from the entry point.png|thumb|upright=2.0|center|प्रवेश बिंदु से दूरी के साथ कतरनी तनाव की भिन्नता।<ref name="worldcat.org"/>]] | ||
=== | === द्रवगतिकी प्रवेश लंबाई की गणना === | ||
पाइप के साथ द्रवगतिकी प्रवेश क्षेत्र की लंबाई को द्रवगतिकी प्रवेश की लंबाई कहा जाता है। यह प्रवाह की [[रेनॉल्ड्स संख्या]] का कार्य है। लामिनार प्रवाह के कथन में, यह लंबाई निम्न द्वारा दी गई है: | पाइप के साथ द्रवगतिकी प्रवेश क्षेत्र की लंबाई को द्रवगतिकी प्रवेश की लंबाई कहा जाता है। यह प्रवाह की [[रेनॉल्ड्स संख्या]] का कार्य है। लामिनार प्रवाह के कथन में, यह लंबाई निम्न द्वारा दी गई है: | ||
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* लियन एट अल. <math>150D</math> उच्च रेनॉल्ड्स प्रवाह के लिए सुझाव दिए हैं।<ref>{{cite web|author=Lien|first1=K.|title=पूरी तरह से विकसित अशांत चैनल प्रवाह के लिए प्रवेश की लंबाई|date=2004| | * लियन एट अल. <math>150D</math> उच्च रेनॉल्ड्स प्रवाह के लिए सुझाव दिए हैं।<ref>{{cite web|author=Lien|first1=K.|title=पूरी तरह से विकसित अशांत चैनल प्रवाह के लिए प्रवेश की लंबाई|date=2004| | ||
publisher=15th Australasian Fluid Mechanics Conference|url=http://sydney.edu.au/engineering/aeromech/15afmc/proceedings/papers/AFMC00093.pdf|display-authors=etal}}</ref> | publisher=15th Australasian Fluid Mechanics Conference|url=http://sydney.edu.au/engineering/aeromech/15afmc/proceedings/papers/AFMC00093.pdf|display-authors=etal}}</ref> | ||
=== अचक्रीय अनुप्रस्थ-काट वाले पाइपों के लिए प्रवेश लंबाई === | |||
पाइप के अचक्रीय अनुप्रस्थ-काट के कथन, छोटे से संशोधन के साथ प्रवेश लंबाई को ढूंढने के लिए एक ही सूत्र का उपयोग किया जा सकता है। नया पैरामीटर "द्रवचालित [[हाइड्रोलिक व्यास|व्यास]]" अवृत्ताकार पाइप में प्रवाह को चक्रीय पाइप प्रवाह से संबंधित करता है। यह तब तक मान्य है जब तक कि अनुप्रस्थ काट के क्षेत्र का आकार बहुत अत्यधिक बढ़ाया गया न हो। द्रवचालित व्यास को इस प्रकार परिभाषित किया गया है: | |||
=== | |||
<math display="block">D_h=\frac{4A}{P} </math><ref name=":2" /> | <math display="block">D_h=\frac{4A}{P} </math><ref name=":2" /> | ||
जहाँ <math>A</math> अनुप्रस्थ-काट का क्षेत्र है और <math>P</math> पाइप के गीले भाग का परिमाप है | |||
=== पूर्ण विकसित प्रवाह का औसत वेग === | === पूर्ण विकसित प्रवाह का औसत वेग === | ||
पाइप (लैमिनार | पाइप (लैमिनार प्रवाह) में पूरी तरह से विकसित प्रवाह क्षेत्र में छोटी मात्रा के तत्व पर बल संतुलन करने से, हमें केवल त्रिज्या के कार्य के रूप में वेग मिलता है अर्थात यह प्रवेश बिंदु से अक्षीय दूरी पर निर्भर नहीं करता है।<ref name=":2">{{cite book|title=Fluid mechanics : fundamentals and applications|url=https://archive.org/details/fluidmechanicsfu00enge_198|url-access=limited|date=2006|publisher=McGraw-Hill Higher Education|isbn=978-0072472363|edition=1st|location=Boston|pages=[https://archive.org/details/fluidmechanicsfu00enge_198/page/n345 321], 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328, 329|last1=Cimbala|first1=Yungas A.|last2=Çengel|first2=John M.}}</ref> त्रिज्या के कार्य के रूप में वेग निकलता है: | ||
<math display="block">u(r)=- \frac{R^2}{4\mu} \frac{dP}{dx}\left(1-\frac{r^2}{R^2}\right)</math> <ref name=":2" /><br> | <math display="block">u(r)=- \frac{R^2}{4\mu} \frac{dP}{dx}\left(1-\frac{r^2}{R^2}\right)</math> <ref name=":2" /><br> जहाँ <math display="inline">\frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}x}</math> स्थिर है। | ||
औसत वेग की परिभाषा द्वारा दिया जाता है | औसत वेग की परिभाषा द्वारा दिया जाता है | ||
<math display="block">V_{avg}=\frac{\int u \mathrm {d}A}{A_c}</math> | <math display="block">V_{avg}=\frac{\int u \mathrm {d}A}{A_c}</math> जहाँ <math>A_c</math> अनुप्रस्थ क्षेत्र है। | ||
इस प्रकार, | इस प्रकार, | ||
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<math display="block">U_{max}=2V_{avg}.</math><ref name=":2" /> | <math display="block">U_{max}=2V_{avg}.</math><ref name=":2" /> | ||
== उष्मीय प्रवेश लंबाई == | |||
उष्मीय प्रवेश लंबाई स्थिर आकार के साथ तापमान प्रोफ़ाइल बनाने के लिए पाइप में आने वाले प्रवाह की दूरी है। पूरी तरह से विकसित तापमान प्रोफ़ाइल का आकार पाइप के अंदर की दीवार के साथ-साथ द्रव गुणों के तापमान और गर्मी प्रवाह की स्थिति से निर्धारित होता है।<ref name=":1">{{Cite book|title=गर्मी और बड़े पैमाने पर स्थानांतरण के मूल तत्व|last1=Bergman|first1=T.L.|last2=Incropera|first2=Frank P.|date=2011-01-01|publisher=Wiley|isbn=9780470501979|oclc=713621645}}</ref> | |||
=== अवलोकन === | |||
पाइप में पूरी तरह से विकसित ऊष्मा प्रवाह को निम्नलिखित स्थिति में माना जा सकता है। यदि पाइप की दीवार को निरंतर गर्म या ठंडा किया जाता है जिससे की निरिक्षण के माध्यम से दीवार से द्रव तक [[गर्मी का प्रवाह|ऊष्मा का प्रवाह]] निश्चित मान हो, तो द्रव के अत्यधिक तापमान प्रवाह दिशा के साथ निश्चित दर से निरंतर बढ़ता है। | |||
उदाहरण एक विद्युत ताप पैड द्वारा पूरी तरह से अच्छादित किया गया पाइप हो सकता है, जिसमें पैड से एक समान ताप प्रवाह प्राप्त होने के बाद प्रवाह प्रारम्भ किया जा सकता है। द्रव के प्रवेश द्वार से कुछ दूरी पर, पूरी तरह से विकसित ऊष्मा प्रवाह तब प्राप्त होता है जब द्रव का ऊष्मा अंतरण गुणांक स्थिर हो जाता है और प्रवाह के साथ तापमान प्रोफ़ाइल का आकार समान होता है।<ref>Mills, A. F.(1999)''Heat Transfer''. 2nd Ed. Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey</ref> इस दूरी को उष्मीय प्रवेश लंबाई के रूप में परिभाषित किया गया है, जो इंजीनियरों के लिए कुशल ऊष्मा स्थानांतरण प्रक्रियाओं को डिजाइन करने के लिए महत्वपूर्ण है। | |||
=== लामिनार प्रवाह === | === लामिनार प्रवाह === | ||
लामिनार प्रवाह के लिए, | लामिनार प्रवाह के लिए, उष्मीय प्रवेश लंबाई पाइप व्यास और आयाम रहित [[रेनॉल्ड्स संख्या]] और प्रांटल संख्या का कार्य है।<ref name=":1" /> | ||
<math display="block">\left(\frac{x_{fd,t}}{D}\right)_{laminar} \approx 0.05 Re_DPr</math><ref name=":1" /> | <math display="block">\left(\frac{x_{fd,t}}{D}\right)_{laminar} \approx 0.05 Re_DPr</math><ref name=":1" /> | ||
जहाँ | |||
* <math>Re_D</math> रेनॉल्ड्स संख्या है (पाइप व्यास के आधार पर) और | * <math>Re_D</math> रेनॉल्ड्स संख्या है (पाइप व्यास के आधार पर) और | ||
* <math>Pr</math> प्रान्तल संख्या है। | * <math>Pr</math> प्रान्तल संख्या है। | ||
उष्मीय प्रवेश लंबाई निर्धारित करने के लिए प्रांटल संख्या द्रवगतिकी प्रवेश लंबाई को संशोधित करता है। तापीय प्रसार के संवेग प्रसार के अनुपात के लिए प्रान्तल संख्या विमाहीन मात्रा है।<ref name=":0">{{Cite book|title=चिपचिपा द्रव प्रवाह|last=White|first=Frank M.|date=2006-01-01|publisher=McGraw-Hill Higher Education|isbn=978-0072402315|oclc=693819619}}</ref> एक से अत्यधिक प्रांडटल संख्या वाले तरल पदार्थ के लिए उष्मीय प्रवेश लंबाई द्रवगतिकी प्रवेश लंबाई से अधिक लंबी होगी, और यदि प्रांटल संख्या एक से कम है तो कम होगी। उदाहरण के लिए, पिघले हुए सोडियम की कम प्रांटल संख्या 0.004 होती है,<ref>{{Cite book|title=द्रव प्रवाह, गर्मी हस्तांतरण और बड़े पैमाने पर स्थानांतरण|last1=Richardson|first=J. F.|last2=Backhurst|first2=J. R.|last3=Harker|first3=J. H.|date=1995-01-01|publisher=Butterworth-Heinemann|isbn=9780750644440|oclc=505103987}}</ref> इसलिए उष्मीय प्रवेश की लंबाई द्रवचालित प्रवेश की लंबाई से काफी कम होगी। | |||
प्रक्षुब्ध प्रवाह के लिए, उष्मीय प्रवेश लंबाई केवल पाइप व्यास के आधार पर अनुमानित की जा सकती है।<ref name=":1" /> | |||
<math display="block">\left(\frac{x_{fd,t}}{D}\right)_{turbulent} \approx 10</math><ref name=":1" /> | <math display="block">\left(\frac{x_{fd,t}}{D}\right)_{turbulent} \approx 10</math><ref name=":1" /> | ||
जहाँ | |||
* <math>x_{fd,t}</math> | * <math>x_{fd,t}</math> उष्मीय प्रवेश लंबाई है और | ||
* <math>D</math> पाइप भीतरी व्यास है। | * <math>D</math> पाइप भीतरी व्यास है। | ||
=== | === उष्मीय स्थानांतरण === | ||
प्रवाह में तापमान प्रोफ़ाइल का विकास पाइप और तरल पदार्थ की आंतरिक सतह पर | प्रवाह में तापमान प्रोफ़ाइल का विकास पाइप और तरल पदार्थ की आंतरिक सतह पर ऊष्मा स्थानांतरण निर्धारित स्थितियों से प्रेरित होता है।<ref name=":1" /> ऊष्मा स्थानांतरण निरंतर ऊष्मा प्रवाह या निरंतर सतह के तापमान का परिणाम हो सकता है। ऊष्मा के स्रोत से [[जूल हीटिंग|जूल ऊष्मा]] के कारण निरंतर ऊष्मा गर्मी प्रवाह हो सकता है, जैसे उष्मीय टेप, पाइप के चारों ओर लपेटा जाता है।<ref>{{Cite web|url=http://extension.missouri.edu/p/G1408|title=G1408 Electric Heat Cable for Farm and Home Use {{!}} University of Missouri Extension|website=extension.missouri.edu|access-date=2017-03-11|archive-url=https://web.archive.org/web/20170312055855/http://extension.missouri.edu/p/G1408|archive-date=2017-03-12|url-status=dead}}</ref> प्रावस्था परिवर्तन द्वारा निरंतर तापमान की स्थिति का उत्पादन किया जा सकता है, जैसे पाइप की सतह पर संतृप्त [[भाप]] का संघनन होता है।<ref>{{Cite book|title=HVAC Systems and Equipment 2016 SI Edition: Heating, Ventilating, and Air-Conditioning Systems and Equipment|last=Ashrae|date=2016-01-01|publisher=Amer Society of Heating|isbn=9781939200273|oclc=947795042}}</ref> | ||
शीतलन के न्यूटन नियम संवहन का वर्णन करते हैं, द्रव और पाइप के बिच ऊष्मा परिवहन का मुख्य रूप: | |||
<math display="block">q''_s=h(T_s-T_m)</math><ref name=":1" /> | <math display="block">q''_s=h(T_s-T_m)</math><ref name=":1" /> | ||
जहाँ | |||
* <math>q''_s</math> द्रव में ऊष्मा का प्रवाह है, | * <math>q''_s</math> द्रव में ऊष्मा का प्रवाह है, | ||
Line 121: | Line 110: | ||
* <math>T_m</math> औसत धारा तापमान है। | * <math>T_m</math> औसत धारा तापमान है। | ||
निरंतर सतही ऊष्मा प्रवाह का परिणाम होता है <math>T_s-T_m</math>जैसे-जैसे प्रवाह विकसित होता है स्थिर होता जाता है और सतह का तापमान स्थिर होता जाता है <math>T_s-T_m</math> शून्य के निकट पहुंच रहा है।<ref name=":1" /> | |||
=== तापीय रूप से पूर्ण विकसित प्रवाह === | === तापीय रूप से पूर्ण विकसित प्रवाह === | ||
द्रवगतिकी विकसित प्रवाह के विपरीत, निरंतर प्रोफ़ाइल आकार का उपयोग तापीय रूप से पूर्ण विकसित प्रवाह को परिभाषित करने के लिए किया जाता है क्योंकि तापमान निरंतर परिवेशी ताप तक पहुंचता है।<ref name=":1" /> प्रोफ़ाइल आकार में परिवर्तन का आयाम रहित विश्लेषण परिभाषित करता है कि प्रवाह कब पूरी तरह से विकसित होता है। | |||
तापीय रूप से पूर्ण विकसित प्रवाह के लिए आवश्यकताएँ: | तापीय रूप से पूर्ण विकसित प्रवाह के लिए आवश्यकताएँ: | ||
Line 131: | Line 118: | ||
<math display="block">\frac{\partial} {\partial x}\biggl(\frac{T_s-T}{T_s-T_m}\Biggr)_{fd,t}=0 </math><ref name=":1" /> | <math display="block">\frac{\partial} {\partial x}\biggl(\frac{T_s-T}{T_s-T_m}\Biggr)_{fd,t}=0 </math><ref name=":1" /> | ||
ऊष्मीय रूप से विकसित प्रवाह का परिणाम विकासशील प्रवाह की तुलना में कम | ऊष्मीय रूप से विकसित प्रवाह का परिणाम विकासशील प्रवाह की तुलना में कम ऊष्मा स्थानांतरण होता है क्योंकि पाइप की सतह के तापमान और प्रवाह के औसत तापमान के बीच का अंतर पाइप के सतह के तापमान और पाइप के पास द्रव के तापमान के बीच के तापमान के अंतर से अत्यधिक होता है। <ref name=":1" /> | ||
== सान्द्रण प्रवेश लंबाई == | |||
सान्द्रण प्रवेश लंबाई पूरी तरह से विकसित होने के प्रवाह में सान्द्रण प्रोफ़ाइल के लिए आवश्यक लंबाई का वर्णन करती है। सांद्रता प्रवेश लंबाई को [[श्मिट संख्या]] के साथ या प्रयोगात्मक तकनीकों द्वारा द्रवगतिकी प्रवेश लंबाई से संबंधित करके निर्धारित किया जा सकता है।<ref>J. Electrochem. Soc. 160 (2013) E5-E11; [http://jes.ecsdl.org/content/160/1/E5.short doi:10.1149/2.015302jes]</ref> श्मिट संख्या संवेग प्रसार और द्रव्यमान प्रसार के अनुपात का वर्णन करती है।<ref name=":1" /> | |||
== | |||
<math display="block">x_{fd,c} \approx 0.05 D Re_D Sc</math><ref name=":1" /> | <math display="block">x_{fd,c} \approx 0.05 D Re_D Sc</math><ref name=":1" /> | ||
जहाँ | |||
* <math>x_{fd,c}</math> | * <math>x_{fd,c}</math> सांद्रता प्रवेश लंबाई है, | ||
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प्रवाह प्रणालियों के डिजाइन और विश्लेषण के लिए प्रवेश लंबाई को समझना महत्वपूर्ण है। प्रवेश क्षेत्र में पाइप के पूर्ण विकसित क्षेत्र की तुलना में अलग वेग, तापमान और अन्य प्रोफाइल होंगे। | प्रवाह प्रणालियों के डिजाइन और विश्लेषण के लिए प्रवेश लंबाई को समझना महत्वपूर्ण है। प्रवेश क्षेत्र में पाइप के पूर्ण विकसित क्षेत्र की तुलना में अलग वेग, तापमान और अन्य प्रोफाइल होंगे। | ||
=== | === प्रवाह मीटर === | ||
[[File:VenturiTubeScheme.png|thumb|वेंचुरी फ्लो मीटर का चित्रण, डिफरेंशियल-प्रेशर फ्लो मीटर का एक उदाहरण।<ref>{{Citation|last=Formanavt|title=Русский: Устройство трубы Вентури|date=2009-02-07|url=https://commons.wikimedia.org/wiki/File:VenturiTubeScheme.png|access-date=2017-03-11}}</ref>]]कई प्रकार के | [[File:VenturiTubeScheme.png|thumb|वेंचुरी फ्लो मीटर का चित्रण, डिफरेंशियल-प्रेशर फ्लो मीटर का एक उदाहरण।<ref>{{Citation|last=Formanavt|title=Русский: Устройство трубы Вентури|date=2009-02-07|url=https://commons.wikimedia.org/wiki/File:VenturiTubeScheme.png|access-date=2017-03-11}}</ref>]]कई प्रकार के प्रवाह यंत्र, जैसे प्रवाह मापन, को ठीक से काम करने के लिए पूरी तरह से विकसित प्रवाह की आवश्यकता होती है।<ref name=":3" />सामान्य प्रवाह मीटर, भंवर प्रवाह मीटर और अंतर-दाब प्रवाह मीटर सहित, द्रवगतिकी रूप से पूर्ण विकसित प्रवाह की आवश्यकता होती है। द्रवगतिकी रूप से पूरी तरह से विकसित प्रवाह सामान्यतौर पर प्रवाह मीटर से पहले पाइप के लंबे, सीधे खंड होने से प्राप्त होता है। वैकल्पिक रूप से, वांछित प्रवाह उत्पन्न करने के लिए [[ प्रवाह कंडीशनिंग |अनुकूल प्रवाह]] और सीधे उपकरणों का उपयोग किया जा सकता है।<ref>{{Cite news|url=http://www.flowcontrolnetwork.com/flowmeter-piping-requirements/|title=Flowmeter piping requirements {{!}} Flow Control Network|date=2010-09-26|work=Flow Control Network|access-date=2017-03-11|language=en-US}}</ref> | ||
=== वायु सुरंगें === | |||
वायु सुरंगे किसी वस्तु के वायुगतिकी का परिक्षण करें के लिए हवा के एक अदृश्य प्रवाह का उपयोग करती है। सीधा प्रवाह, जिसमे कई समनांतर नलिकाएं होती हैं, जो विक्षोभ को सिमित करती हैं, का उपयोग अदृश्य प्रवाह उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। | |||
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वायु सुरंगों के अकार में प्रवेश की लम्बाई पर विचार करना चाहिए, क्योंकि जिस वस्तु का परिक्षण किया जा रहा है, वह सीधा प्रवाह और प्रवेश लम्बाई के बीच अधूर्णन प्रवाह के बीच स्थित होना चाहिए।<ref>{{Cite web|url=https://history.nasa.gov/SP-367/chapt3.htm|title=chapt3|website=history.nasa.gov|access-date=2017-03-11}}</ref> | |||
== निकास लंबाई == | == निकास लंबाई == | ||
पाइप के प्रवेश द्वार पर प्रवाह के विकास के समान, प्रवाह वेग प्रोफ़ाइल पाइप के बाहर निकलने से पहले बदल जाती है। निकास की लंबाई प्रवेश की लंबाई से बहुत कम है, और मध्यम से उच्च रेनॉल्ड्स संख्या में महत्वपूर्ण नहीं है।<ref name=":4" /> | पाइप के प्रवेश द्वार पर प्रवाह के विकास के समान, प्रवाह वेग प्रोफ़ाइल पाइप के बाहर निकलने से पहले बदल जाती है। निकास की लंबाई प्रवेश की लंबाई से बहुत कम है, और मध्यम से उच्च रेनॉल्ड्स संख्या में महत्वपूर्ण नहीं है।<ref name=":4" /> | ||
लामिनार प्रवाह के लिए | लामिनार प्रवाह के लिए द्रवगतिकी निकास लंबाई अनुमानित की जा सकती है:<ref name=":4">{{Cite book|title=पेरी की केमिकल इंजीनियर्स हैंडबुक|author1=Perry, Robert H.|last2=Green|first=Don W.|date=2008-01-01|publisher=McGraw-Hill|isbn=978-0071593137|oclc=72470708}}</ref> | ||
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द्रव गतिकी में, प्रवेश लंबाई वह दूरी है जो प्रवाह पूरी तरह से विकसित होने से पहले एक पाइप (द्रव संवहन) में प्रवेश करने के बाद गति करता है।[1] प्रवेश की लंबाई प्रवेश क्षेत्र की लंबाई को संदर्भित करती है, पाइप में प्रवेश के बाद का क्षेत्र जहां पाइप की आंतरिक दीवार से उत्पन्न होने वाले प्रभाव विस्तारित सीमा परत के रूप में प्रवाह में फैलते हैं। जब सीमा परत पूरे पाइप को भरने के लिए फैलती है, तो विकासशील प्रवाह पूरी तरह से विकसित प्रवाह बन जाता है, जहां पाइप के साथ बढ़ी हुई दूरी के साथ प्रवाह की विशेषताएं अब नहीं बदलती हैं। विभिन्न प्रकार की प्रवाह स्थितियों का वर्णन करने के लिए कई अलग-अलग प्रवेश लंबाई उपस्थित हैं। हाइड्रोडायनामिक (द्रवगतिकी) प्रवेश लंबाई पाइप की दीवार से फैलने वाली श्यान बलों के कारण वेग प्रोफ़ाइल के गठन का वर्णन करती है। उष्मीय प्रवेश की लंबाई तापमान प्रोफ़ाइल के गठन का वर्णन करती है।[2] उपकरण के प्रभावी स्थान के लिए प्रवेश की लंबाई के बारे में जानने की आवश्यक हो सकती है, जैसे द्रव प्रवाह माप इत्यादि है।[3]
द्रवगतिकी प्रवेश लंबाई
द्रवगतिकी प्रवेश क्षेत्र पाइप के क्षेत्र को संदर्भित करता है जहां पाइप में प्रवेश करने वाला द्रव पाइप की आंतरिक दीवार से फैलने वाली श्यान के कारण वेग प्रोफ़ाइल विकसित करता है।[1]यह क्षेत्र एक असमान प्रवाह की विशेषता है।[1]द्रव एक समान वेग से पाइप में प्रवेश करता है, फिर पाइप की सतह के संपर्क में परत में द्रव के कण न फिसलने स्थिति के कारण पूर्ण रूप से बंद हो जाते हैं। द्रव के भीतर श्यान ताकतों के कारण, पाइप की सतह के संपर्क में आने वाली परत संलग्न परतों की गति का विरोध करती है और तरल पदार्थ की संलग्न परतों को धीरे-धीरे धीमा कर देती है, जिससे वेग स्थिति बन जाती है।[4] द्रव्यमान के संरक्षण को सही रखने के लिए, पाइप के केंद्र में द्रव की परतों का वेग पाइप की सतह के पास द्रव की परतों के घटे हुए वेग की भरण करने के लिए बढ़ जाता है। यह पाइप के अनुप्रस्थ-काट में वेग प्रवणता विकसित करता है।[5]
सीमा परत
वह परत जिसमें अपरूपक श्यान बल महत्वपूर्ण होते हैं, सीमा परत कहलाती है।[6]यह सीमा परत काल्पनिक अवधारणा है। यह पाइप में प्रवाह को दो क्षेत्रों में विभाजित करता है:[6]
- सीमा परत क्षेत्र: वह क्षेत्र जिसमें श्यान प्रभाव और वेग परिवर्तन महत्वपूर्ण हैं।[6]
- अघूर्णी (कोर) प्रवाह क्षेत्र: वह क्षेत्र जिसमें श्यान प्रभाव और वेग परिवर्तन नगण्य होते हैं, जिसे अश्यान कोर भी कहा जाता है।[2]
जब द्रव सिर्फ पाइप में प्रवेश करता है, तो द्रव प्रवाह की दिशा में बढ़ते हुए सीमा परत की मोटाई धीरे-धीरे शून्य से बढ़ जाती है और अंततः पाइप केंद्र तक पहुंच जाती है और पूरे पाइप को भर देती है। पाइप के प्रवेश द्वार से उस बिंदु तक का यह क्षेत्र जहां सीमा परत पूरे पाइप को ढक देती है, उसे द्रवगतिकी प्रवेश क्षेत्र कहा जाता है और इस क्षेत्र में पाइप की लंबाई को द्रवगतिकी प्रवेश लंबाई कहा जाता है। इस क्षेत्र में, वेग प्रोफ़ाइल विकसित होती है और इस प्रकार प्रवाह को द्रवगतिकी विकासशील प्रवाह कहा जाता है। इस क्षेत्र के बाद, वेग प्रोफ़ाइल पूरी तरह से विकसित हो जाती है और अपरिवर्तित बनी रहती है। इस क्षेत्र को द्रवगतिकी रूप से पूर्ण विकसित क्षेत्र कहा जाता है। परन्तु यह पूरी तरह से विकसित द्रव प्रवाह नहीं है जब तक कि सामान्यीकृत तापमान प्रोफ़ाइल भी स्थिर नहीं हो जाती।[6]
लामिनार प्रवाह के कथन में, पूर्ण विकसित क्षेत्र में वेग प्रोफ़ाइल परवलयिक है परन्तु प्रक्षुब्ध प्रवाह के कथन में यह रेडियल (त्रिज्यीय) दिशा और एड़ी गति में अत्यधिक मिश्रण के कारण थोड़ा समतल हो जाता है।
पूर्ण विकसित क्षेत्र में वेग प्रोफ़ाइल अपरिवर्तित बनी हुई है।
द्रवगतिकी पूरी तरह से विकसित वेग प्रोफाइल लामिना का प्रवाह:
जहाँ प्रवाह दिशा में है।
अपरूपण प्रतिबल
द्रवगतिकी प्रवेश क्षेत्र में, दीवार अपरूपण प्रतिबल, , पाइप प्रवेशिका पर उच्चतम है, जहां सीमा परत की मोटाई सबसे छोटी है। अपरूपण प्रतिबल प्रवाह दिशा के साथ घट जाती है।[6]इसीलिए पाइप के प्रवेश क्षेत्र में दाब ह्रास सबसे अत्यधिक होता है, जो पूरे पाइप के लिए औसत घर्षण कारक को बढ़ाता है। लंबे पाइपों के लिए घर्षण कारक में यह वृद्धि नगण्य है।[6] पूर्ण विकसित क्षेत्र में, दाब प्रवणता और प्रवाह में अपरूपण प्रतिबल संतुलन में होते हैं।[6]
द्रवगतिकी प्रवेश लंबाई की गणना
पाइप के साथ द्रवगतिकी प्रवेश क्षेत्र की लंबाई को द्रवगतिकी प्रवेश की लंबाई कहा जाता है। यह प्रवाह की रेनॉल्ड्स संख्या का कार्य है। लामिनार प्रवाह के कथन में, यह लंबाई निम्न द्वारा दी गई है:
जहाँ रेनॉल्ड्स संख्या है और पाइप का व्यास है।
परन्तु प्रक्षुब्ध प्रवाह के कथन में,
अन्य लेखक अत्यधिक लंबी प्रवेश अवधि देते हैं, उदा.
अचक्रीय अनुप्रस्थ-काट वाले पाइपों के लिए प्रवेश लंबाई
पाइप के अचक्रीय अनुप्रस्थ-काट के कथन, छोटे से संशोधन के साथ प्रवेश लंबाई को ढूंढने के लिए एक ही सूत्र का उपयोग किया जा सकता है। नया पैरामीटर "द्रवचालित व्यास" अवृत्ताकार पाइप में प्रवाह को चक्रीय पाइप प्रवाह से संबंधित करता है। यह तब तक मान्य है जब तक कि अनुप्रस्थ काट के क्षेत्र का आकार बहुत अत्यधिक बढ़ाया गया न हो। द्रवचालित व्यास को इस प्रकार परिभाषित किया गया है:
जहाँ अनुप्रस्थ-काट का क्षेत्र है और पाइप के गीले भाग का परिमाप है
पूर्ण विकसित प्रवाह का औसत वेग
पाइप (लैमिनार प्रवाह) में पूरी तरह से विकसित प्रवाह क्षेत्र में छोटी मात्रा के तत्व पर बल संतुलन करने से, हमें केवल त्रिज्या के कार्य के रूप में वेग मिलता है अर्थात यह प्रवेश बिंदु से अक्षीय दूरी पर निर्भर नहीं करता है।[6] त्रिज्या के कार्य के रूप में वेग निकलता है:
जहाँ स्थिर है।
औसत वेग की परिभाषा द्वारा दिया जाता है
इस प्रकार,
पूर्ण विकसित प्रवाह के लिए अधिकतम वेग होगा
इस प्रकार,
उष्मीय प्रवेश लंबाई
उष्मीय प्रवेश लंबाई स्थिर आकार के साथ तापमान प्रोफ़ाइल बनाने के लिए पाइप में आने वाले प्रवाह की दूरी है। पूरी तरह से विकसित तापमान प्रोफ़ाइल का आकार पाइप के अंदर की दीवार के साथ-साथ द्रव गुणों के तापमान और गर्मी प्रवाह की स्थिति से निर्धारित होता है।[2]
अवलोकन
पाइप में पूरी तरह से विकसित ऊष्मा प्रवाह को निम्नलिखित स्थिति में माना जा सकता है। यदि पाइप की दीवार को निरंतर गर्म या ठंडा किया जाता है जिससे की निरिक्षण के माध्यम से दीवार से द्रव तक ऊष्मा का प्रवाह निश्चित मान हो, तो द्रव के अत्यधिक तापमान प्रवाह दिशा के साथ निश्चित दर से निरंतर बढ़ता है।
उदाहरण एक विद्युत ताप पैड द्वारा पूरी तरह से अच्छादित किया गया पाइप हो सकता है, जिसमें पैड से एक समान ताप प्रवाह प्राप्त होने के बाद प्रवाह प्रारम्भ किया जा सकता है। द्रव के प्रवेश द्वार से कुछ दूरी पर, पूरी तरह से विकसित ऊष्मा प्रवाह तब प्राप्त होता है जब द्रव का ऊष्मा अंतरण गुणांक स्थिर हो जाता है और प्रवाह के साथ तापमान प्रोफ़ाइल का आकार समान होता है।[11] इस दूरी को उष्मीय प्रवेश लंबाई के रूप में परिभाषित किया गया है, जो इंजीनियरों के लिए कुशल ऊष्मा स्थानांतरण प्रक्रियाओं को डिजाइन करने के लिए महत्वपूर्ण है।
लामिनार प्रवाह
लामिनार प्रवाह के लिए, उष्मीय प्रवेश लंबाई पाइप व्यास और आयाम रहित रेनॉल्ड्स संख्या और प्रांटल संख्या का कार्य है।[2]
जहाँ
- रेनॉल्ड्स संख्या है (पाइप व्यास के आधार पर) और
- प्रान्तल संख्या है।
उष्मीय प्रवेश लंबाई निर्धारित करने के लिए प्रांटल संख्या द्रवगतिकी प्रवेश लंबाई को संशोधित करता है। तापीय प्रसार के संवेग प्रसार के अनुपात के लिए प्रान्तल संख्या विमाहीन मात्रा है।[5] एक से अत्यधिक प्रांडटल संख्या वाले तरल पदार्थ के लिए उष्मीय प्रवेश लंबाई द्रवगतिकी प्रवेश लंबाई से अधिक लंबी होगी, और यदि प्रांटल संख्या एक से कम है तो कम होगी। उदाहरण के लिए, पिघले हुए सोडियम की कम प्रांटल संख्या 0.004 होती है,[12] इसलिए उष्मीय प्रवेश की लंबाई द्रवचालित प्रवेश की लंबाई से काफी कम होगी।
प्रक्षुब्ध प्रवाह के लिए, उष्मीय प्रवेश लंबाई केवल पाइप व्यास के आधार पर अनुमानित की जा सकती है।[2]
जहाँ
- उष्मीय प्रवेश लंबाई है और
- पाइप भीतरी व्यास है।
उष्मीय स्थानांतरण
प्रवाह में तापमान प्रोफ़ाइल का विकास पाइप और तरल पदार्थ की आंतरिक सतह पर ऊष्मा स्थानांतरण निर्धारित स्थितियों से प्रेरित होता है।[2] ऊष्मा स्थानांतरण निरंतर ऊष्मा प्रवाह या निरंतर सतह के तापमान का परिणाम हो सकता है। ऊष्मा के स्रोत से जूल ऊष्मा के कारण निरंतर ऊष्मा गर्मी प्रवाह हो सकता है, जैसे उष्मीय टेप, पाइप के चारों ओर लपेटा जाता है।[13] प्रावस्था परिवर्तन द्वारा निरंतर तापमान की स्थिति का उत्पादन किया जा सकता है, जैसे पाइप की सतह पर संतृप्त भाप का संघनन होता है।[14]
शीतलन के न्यूटन नियम संवहन का वर्णन करते हैं, द्रव और पाइप के बिच ऊष्मा परिवहन का मुख्य रूप:
जहाँ
- द्रव में ऊष्मा का प्रवाह है,
- संवहन गुणांक है,
- सतह का तापमान है, और
- औसत धारा तापमान है।
निरंतर सतही ऊष्मा प्रवाह का परिणाम होता है जैसे-जैसे प्रवाह विकसित होता है स्थिर होता जाता है और सतह का तापमान स्थिर होता जाता है शून्य के निकट पहुंच रहा है।[2]
तापीय रूप से पूर्ण विकसित प्रवाह
द्रवगतिकी विकसित प्रवाह के विपरीत, निरंतर प्रोफ़ाइल आकार का उपयोग तापीय रूप से पूर्ण विकसित प्रवाह को परिभाषित करने के लिए किया जाता है क्योंकि तापमान निरंतर परिवेशी ताप तक पहुंचता है।[2] प्रोफ़ाइल आकार में परिवर्तन का आयाम रहित विश्लेषण परिभाषित करता है कि प्रवाह कब पूरी तरह से विकसित होता है।
तापीय रूप से पूर्ण विकसित प्रवाह के लिए आवश्यकताएँ:
ऊष्मीय रूप से विकसित प्रवाह का परिणाम विकासशील प्रवाह की तुलना में कम ऊष्मा स्थानांतरण होता है क्योंकि पाइप की सतह के तापमान और प्रवाह के औसत तापमान के बीच का अंतर पाइप के सतह के तापमान और पाइप के पास द्रव के तापमान के बीच के तापमान के अंतर से अत्यधिक होता है। [2]
सान्द्रण प्रवेश लंबाई
सान्द्रण प्रवेश लंबाई पूरी तरह से विकसित होने के प्रवाह में सान्द्रण प्रोफ़ाइल के लिए आवश्यक लंबाई का वर्णन करती है। सांद्रता प्रवेश लंबाई को श्मिट संख्या के साथ या प्रयोगात्मक तकनीकों द्वारा द्रवगतिकी प्रवेश लंबाई से संबंधित करके निर्धारित किया जा सकता है।[15] श्मिट संख्या संवेग प्रसार और द्रव्यमान प्रसार के अनुपात का वर्णन करती है।[2]
जहाँ
- सांद्रता प्रवेश लंबाई है,
- पाइप भीतरी व्यास है,
- रेनॉल्ड्स संख्या है (पाइप व्यास के आधार पर), और
- श्मिट संख्या है।
अनुप्रयोग
प्रवाह प्रणालियों के डिजाइन और विश्लेषण के लिए प्रवेश लंबाई को समझना महत्वपूर्ण है। प्रवेश क्षेत्र में पाइप के पूर्ण विकसित क्षेत्र की तुलना में अलग वेग, तापमान और अन्य प्रोफाइल होंगे।
प्रवाह मीटर
कई प्रकार के प्रवाह यंत्र, जैसे प्रवाह मापन, को ठीक से काम करने के लिए पूरी तरह से विकसित प्रवाह की आवश्यकता होती है।[3]सामान्य प्रवाह मीटर, भंवर प्रवाह मीटर और अंतर-दाब प्रवाह मीटर सहित, द्रवगतिकी रूप से पूर्ण विकसित प्रवाह की आवश्यकता होती है। द्रवगतिकी रूप से पूरी तरह से विकसित प्रवाह सामान्यतौर पर प्रवाह मीटर से पहले पाइप के लंबे, सीधे खंड होने से प्राप्त होता है। वैकल्पिक रूप से, वांछित प्रवाह उत्पन्न करने के लिए अनुकूल प्रवाह और सीधे उपकरणों का उपयोग किया जा सकता है।[17]
वायु सुरंगें
वायु सुरंगे किसी वस्तु के वायुगतिकी का परिक्षण करें के लिए हवा के एक अदृश्य प्रवाह का उपयोग करती है। सीधा प्रवाह, जिसमे कई समनांतर नलिकाएं होती हैं, जो विक्षोभ को सिमित करती हैं, का उपयोग अदृश्य प्रवाह उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।
वायु सुरंगों के अकार में प्रवेश की लम्बाई पर विचार करना चाहिए, क्योंकि जिस वस्तु का परिक्षण किया जा रहा है, वह सीधा प्रवाह और प्रवेश लम्बाई के बीच अधूर्णन प्रवाह के बीच स्थित होना चाहिए।[18]
निकास लंबाई
पाइप के प्रवेश द्वार पर प्रवाह के विकास के समान, प्रवाह वेग प्रोफ़ाइल पाइप के बाहर निकलने से पहले बदल जाती है। निकास की लंबाई प्रवेश की लंबाई से बहुत कम है, और मध्यम से उच्च रेनॉल्ड्स संख्या में महत्वपूर्ण नहीं है।[19]
लामिनार प्रवाह के लिए द्रवगतिकी निकास लंबाई अनुमानित की जा सकती है:[19]
- निकास लंबाई है,
- पाइप भीतरी व्यास है, और
- रेनॉल्ड्स संख्या है।
यह भी देखें
- द्रव गतिविज्ञान
- ऊष्मा का स्थानांतरण
- लामिना का प्रवाह
- उष्मीय प्रवेश लंबाई
- अशांति
- श्यानता
संदर्भ
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- ↑ 2.00 2.01 2.02 2.03 2.04 2.05 2.06 2.07 2.08 2.09 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 Bergman, T.L.; Incropera, Frank P. (2011-01-01). गर्मी और बड़े पैमाने पर स्थानांतरण के मूल तत्व. Wiley. ISBN 9780470501979. OCLC 713621645.
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- ↑ 6.00 6.01 6.02 6.03 6.04 6.05 6.06 6.07 6.08 6.09 6.10 6.11 6.12 6.13 Cimbala, Yungas A.; Çengel, John M. (2006). Fluid mechanics : fundamentals and applications (1st ed.). Boston: McGraw-Hill Higher Education. pp. 321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328, 329. ISBN 978-0072472363.
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{{cite book}}
: CS1 maint: location missing publisher (link) - ↑ Nikuradse, J., Gesetzmäßigkeiten der turbulenten Strömung in glatten Rohren, Forschung auf dem Gebiet des Ingenieurwesens, 3, 1932, 1–36, (Translated in NASA TT F-10, 359,1966.
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