वायु प्रवाह
वायु प्रवाह, वायु की गति है। वायुप्रवाह का प्राथमिक कारण वायु का अस्तित्व है। वायु एक द्रव प्रकार से व्यवहार करती है, जिसका अर्थ है कि कण स्वाभाविक रूप से उच्च दबाव वाले क्षेत्रों से उन क्षेत्रों में प्रवाहित होते हैं जहां दबाव कम होता है। वायुमंडलीय दबाव सीधे ऊंचाई, तापमान और संरचना से संबंधित है।[1]अभियांत्रिकी में, वायु प्रवाह प्रति इकाई समय की हवा की मात्रा का माप है जो किसी विशेष उपकरण के माध्यम से बहती है। इसे आयतनमितीय प्रवाह दर (प्रति इकाई समय में हवा की मात्रा) या द्रव्यमान प्रवाह दर (प्रति इकाई समय में हवा का द्रव्यमान) के रूप में वर्णित किया जा सकता है। विवरण के दोनों रूपों से संबंधित वायु घनत्व है, जो आदर्श गैस नियमों के माध्यम से दबाव और तापमान का कार्य है। हवा के प्रवाह को यांत्रिक प्रकार से प्रेरित किया जा सकता है (जैसे कि बिजली या हस्तचालित पंखा चलाकर) या पर्यावरण में उपस्थित दबाव अंतर के एक फंक्शन के रूप में निष्क्रिय रूप से हो सकता है।
वायु प्रवाह के प्रकार
किसी भी तरल पदार्थ की तरह, हवा लामिनार प्रवाह और विक्षोभ प्रवाह प्रतिरूप दोनों को प्रदर्शित कर सकती है। लामिनार प्रवाह तब होता है जब हवा सुचारू रूप से प्रवाहित हो सकती है, और परवलय वेग प्रोफाइल प्रदर्शित करता है; विक्षुब्ध प्रवाह तब होता है जब कोई अनियमितता होती है (जैसे सतह में व्यवधान जिसके माध्यम से द्रव बह रहा है), जो गति की दिशा को बदल देता है। अशांत प्रवाह सपाट वेग प्रोफ़ाइल प्रदर्शित करता है।[2] द्रव गति के वेग प्रोफाइल किसी दिए गए अनुप्रस्थ काट में तात्कालिक वेग वैक्टर के स्थानिक वितरण का वर्णन करते हैं। ज्यामितीय विन्यास का आकार जिसके माध्यम से तरल पदार्थ बह रहा है, द्रव गुण (जैसे चिपचिपाहट), प्रवाह में भौतिक व्यवधान, और इंजीनियर घटक (जैसे पंप) जो प्रवाह में ऊर्जा जोड़ते हैं, वे कारक हैं जो निर्धारित करते हैं कि वेग क्या है प्रोफ़ाइल दिखती है। सामान्यतौर पर, संलग्न प्रवाह में, तात्कालिक वेग वैक्टर तरल पदार्थ के आस-पास की परतों पर पाइप, नलिका, या चैनल की दीवारों की सामग्री से घर्षण के प्रभाव के कारण प्रोफ़ाइल के बीच में परिमाण में बड़े होते हैं। क्षोभमंडलीय वायुमंडलीय प्रवाह में, सतह के निकट वायु प्रवाह को धीमा करने वाले पेड़ों और पहाड़ियों जैसे अवरोधों से घर्षण के कारण जमीनी स्तर से ऊंचाई के साथ वेग बढ़ता है। घर्षण के स्तर को खुरदुरेपन की लंबाई नामक पैरामीटर द्वारा निर्धारित किया जाता है। धारारेखाएँ वेगों को जोड़ती हैं और बहु वेग सदिशों की तात्क्षणिक दिशा के लिए स्पर्शरेखीय होती हैं। वे घुमावदार हो सकते हैं और निरंतर धारक के आकार का पालन नहीं करते हैं। इसके अतिरिक्त, वे सिर्फ स्थिर प्रवाह में उपस्थित होते हैं, अर्थात ऐसे प्रवाह जिनके वेग सदिश समय के साथ नहीं बदलते हैं। लामिनार प्रवाह में, द्रव के सभी कण समानांतर रेखाओं में यात्रा कर रहे हैं जो समानांतर प्रवाह की दिशा को जन्म देती हैं। अशांत प्रवाह में, कण यादृच्छिक और अराजक दिशाओं में यात्रा कर रहे हैं जो घुमावदार, सर्पिलिंग और अधिकांशतः प्रतिच्छेदन करने वाली प्रवाह की दिशा को जन्म देते हैं।
रेनॉल्ड्स संख्या, तरल पदार्थ में चिपचिपापन और काल्पनिक बल के बीच संबंध को इंगित करने वाला अनुपात, लामिनार से अशांत प्रवाह में संक्रमण की भविष्यवाणी करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। लामिनार प्रवाह कम रेनॉल्ड की संख्या में होता है जहां चिपचिपा बल प्रमुख होता है, और उच्च रेनॉल्ड की संख्या में अशांत प्रवाह होता है जहां जड़त्वीय बल प्रमुख होते हैं। प्रत्येक प्रकार के प्रवाह को परिभाषित करने वाली रेनॉल्ड संख्या की सीमा इस बात पर निर्भर करती है कि हवा एक पाइप, चौड़ी नलिका, खुले चैनल, या वायुपत्रक के माध्यम से चल रही है या नहीं चल रही है। रेनॉल्ड की संख्या तरल के माध्यम से चलती हुई वस्तु (उदाहरण के लिए, गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव के अंतर्गत कण) को भी चिह्नित कर सकती है। यह संख्या और संबंधित अवधारणाओं को सभी मापक की प्रणालियों में प्रवाह का अध्ययन करने के लिए क्रियान्वित किया जा सकता है। परिवर्ती प्रवाह वेग प्रोफ़ाइल के केंद्र में विक्षोभ और किनारों के पास लामिनार प्रवाह का मिश्रण है। इन तीन प्रवाहों में से प्रत्येक में घर्षण ऊर्जा के क्षति के अलग-अलग तंत्र हैं जो विभिन्न व्यवहारों को जन्म देते हैं। परिणामस्वरूप, प्रत्येक प्रकार के प्रवाह के व्यवहार की भविष्यवाणी और मात्रा निर्धारित करने के लिए विभिन्न समीकरणों का उपयोग किया जाता है।
जिस गति से द्रव किसी वस्तु से बहता है वह वस्तु की सतह से दूरी के साथ बदलता रहता है। किसी वस्तु के आस-पास का क्षेत्र जहां हवा की गति शून्य हो जाती है, सीमा परत कहलाती है।[3] यह यहाँ है कि सतह का घर्षण प्रवाह को सबसे अत्यधिक प्रभावित करता है; सतहों में अनियमितताएं सीमा परत की मोटाई को प्रभावित कर सकती हैं, और इसलिए प्रवाह को बाधित करने का कार्य करती हैं।[2]
इकाइयां
वायु प्रवाह को व्यक्त करने के लिए विशिष्ट इकाइयां हैं:[4]
मात्रा द्वारा
- एल/एस (लीटर प्रति सेकंड)
- एम3/h (घन मीटर प्रति घंटा)
- फीट3/h (घन फुट प्रति घंटा)
- फीट3/min (घन फुट प्रति मिनट, के अतिरिक्त सीएफएम)
द्रव्यमान से
- किग्रा/सेकंड (किलोग्राम प्रति सेकंड)
वायु प्रवाह को प्रति घंटे (एसीएच) वायु परिवर्तन के रूप में भी वर्णित किया जा सकता है, जो प्रश्न में स्पेस को भरने वाली हवा की मात्रा के पूर्ण प्रतिस्थापन का संकेत देता है। इस इकाई का उपयोग अधिकांशतः भवन निर्माण विज्ञान के क्षेत्र में किया जाता है, उच्च एसीएच मूल्यों के साथ रिसाव वाले ऊपरी आच्छादन जो पुराने भवनों के विशिष्ट होते हैं जो कम कसकर सीलबंद होते हैं।
नाप
वायु प्रवाह को मापने वाले यंत्र को वायु प्रवाह मीटर कहा जाता है। हवा की गति और भीतरी वायुप्रवाह को मापने के लिए एनीमोमीटर (वायुवेगमापी) का भी उपयोग किया जाता है।
वायु वेग, अंतर दबाव, तापमान और आर्द्रता को मापने के लिए डिज़ाइन किए गए घूर्णन फलक वायुवेगमापी सहित कई प्रकार हैं; घूर्णन फलक वायुवेगमापी, वायु वेग और आयतनी प्रवाह को मापने के लिए उपयोग किया जाता है; और गर्म क्षेत्र एनीमोमीटर के लिए उपयोग किया जाता है।
माप उपकरण और गुजरने वाले कणों के बीच ऊर्जा हस्तांतरण को मापने के लिए एनीमोमीटर अल्ट्रासाउंड या प्रतिरोधक तार का उपयोग कर सकते हैं। एक गर्म-तार एनीमोमीटर, उदाहरण के लिए, तार के तापमान में कमी दर्ज करता है, जिसे परिवर्तन की दर का विश्लेषण करके वायु प्रवाह वेग में अनुवादित किया जा सकता है। संवहन शीतलन वायु प्रवाह दर का एक कार्य है, और अधिकांश धातुओं का विद्युत प्रतिरोध धातु के तापमान पर निर्भर करता है, जो संवहन शीतलन से प्रभावित होता है।[5] इंजीनियरों ने हॉट-वायर एनीमोमीटर के डिजाइन और उपयोग में इन भौतिक घटनाओं का लाभ उठाया है। कुछ उपकरण वायु प्रवाह, गीले बल्ब तापमान, ओस बिंदु और विक्षोभ की गणना करने में सक्षम हैं।
सिमुलेशन
कम्प्यूटेशनल द्रव गतिकी (सीएफडी) मॉडलिंग का उपयोग करके वायु प्रवाह को अनुकरण किया जा सकता है, या पवन सुरंग के संचालन के माध्यम से प्रयोगात्मक रूप से देखा जा सकता है। इसका उपयोग ऑटोमोबाइल, विमान और समुद्री शिल्प के साथ-साथ भवन लिफाफे के वायु प्रवेश के आसपास एयरफ्लो पैटर्न की भविष्यवाणी करने के लिए किया जा सकता है। क्योंकि सीएफडी मॉडल भी एक प्रणाली के माध्यम से ठोस पदार्थों के प्रवाह को ट्रैक करते हैं,[6] उनका उपयोग इनडोर और बाहरी वातावरण में प्रदूषण सांद्रता के विश्लेषण के लिए किया जा सकता है। घर के अंदर उत्पन्न होने वाले पार्टिकुलेट मैटर आम तौर पर तेल के साथ खाना पकाने और मोमबत्तियाँ या जलाऊ लकड़ी जलाने जैसी दहन गतिविधियों से आते हैं। बाहरी वातावरण में, पार्टिकुलेट मैटर प्रत्यक्ष स्रोतों से आता है जैसे आंतरिक दहन इंजन वाहन (ICEVs) टेलपाइप उत्सर्जन जलते हुए ईंधन (पेट्रोलियम उत्पाद), विंडब्लो और मिट्टी से, और अप्रत्यक्ष रूप से वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों (VOCs) के वायुमंडलीय ऑक्सीकरण से, सल्फर डाइऑक्साइड ( SO2), और नाइट्रोजन ऑक्साइड (NOx) उत्सर्जन।
नियंत्रण
एक प्रकार का उपकरण जो नलिकाओं में वायु प्रवाह को नियंत्रित करता है उसे डम्पर (प्रवाह) कहा जाता है। स्पंज का उपयोग हवा के प्रवाह को बढ़ाने, घटाने या पूरी तरह से रोकने के लिए किया जा सकता है। एक अधिक जटिल उपकरण जो न केवल वायु प्रवाह को नियंत्रित कर सकता है बल्कि वायु प्रवाह को उत्पन्न करने और स्थिति देने की क्षमता भी एक हवा का संचालक है। पंखे भी उच्च मात्रा और कम दबाव (हालांकि परिवेश दबाव से अधिक) के साथ वायु प्रवाह का उत्पादन करके प्रवाह उत्पन्न करते हैं। पंखे द्वारा प्रेरित यह दबाव अंतर हवा के प्रवाह का कारण बनता है। वायु प्रवाह की दिशा दबाव प्रवणता की दिशा से निर्धारित होती है। कुल या स्थिर दबाव वृद्धि, और इसलिए विस्तार एयरफ्लो दर द्वारा, मुख्य रूप से प्रति मिनट क्रांतियों (RPM) में मापी गई पंखे की गति से निर्धारित होती है।[7] एयरफ्लो दर को संशोधित करने के लिए एचवीएसी सिस्टम के नियंत्रण में, आमतौर पर पंखे की गति को बदल दिया जाता है, जो अक्सर 3-श्रेणी सेटिंग्स जैसे निम्न, मध्यम और उच्च में आते हैं।
उपयोग करता है
वेंटिलेशन (वास्तुकला) (यह निर्धारित करने के लिए कि कितनी हवा को बदला जा रहा है), वायवीय संदेश (वायु वेग और परिवहन के चरण को नियंत्रित करने के लिए) जैसे कई अनुप्रयोगों में एयरफ्लो को मापना आवश्यक है।[8] और इंजन (वायु-ईंधन अनुपात को नियंत्रित करने के लिए)।
वायुगतिकी द्रव गतिकी | द्रव गतिकी (भौतिकी) की शाखा है जो विशेष रूप से वायु प्रवाह के मापन, अनुकरण और नियंत्रण से संबंधित है।[3]मौसम विज्ञान, वैमानिकी, चिकित्सा, सहित कई क्षेत्रों के लिए वायु प्रवाह का प्रबंधन चिंता का विषय है।[9] मैकेनिकल इंजीनियरिंग, असैनिक अभियंत्रण, पर्यावरण इंजीनियरिंग और निर्माण विज्ञान ।
भवनों में वायु प्रवाह
विज्ञान के निर्माण में, एयरफ्लो को अक्सर इसकी वांछनीयता के संदर्भ में संबोधित किया जाता है, उदाहरण के प्राकृतिक वायुसंचार (आर्किटेक्चर) और घुसपैठ (एचवीएसी) के विपरीत। वेंटिलेशन को ताजा बाहरी आपूर्ति हवा के वांछित प्रवाह के रूप में परिभाषित किया जाता है, आम तौर पर इनडोर, अंतरिक्ष के साथ-साथ घर के बाहर निकास हवा के एक साथ निष्कासन के साथ। यह यांत्रिक साधनों के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है (अर्थात हवा के सेवन के लिए लौवर या स्पंज का उपयोग और डक्टवर्क के माध्यम से प्रवाह को प्रेरित करने के लिए पंखा) या निष्क्रिय रणनीतियों (प्राकृतिक वेंटिलेशन के रूप में भी जाना जाता है) के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है। जबकि प्राकृतिक वेंटिलेशन के यांत्रिक वेंटिलेशन पर आर्थिक लाभ हैं क्योंकि इसमें आम तौर पर बहुत कम परिचालन ऊर्जा खपत की आवश्यकता होती है, इसका उपयोग केवल दिन के निश्चित समय और कुछ बाहरी परिस्थितियों में ही किया जा सकता है। यदि बाहरी हवा और इनडोर वातानुकूलित हवा के बीच एक बड़ा तापमान अंतर है, तो प्राकृतिक वेंटिलेशन के उपयोग से अंतरिक्ष पर अनजाने में हीटिंग या कूलिंग लोड हो सकता है और हीटिंग और कूलिंग सेटपॉइंट तापमान द्वारा निर्धारित सीमाओं के भीतर आरामदायक तापमान बनाए रखने के लिए एचवीएसी ऊर्जा खपत में वृद्धि हो सकती है। . प्राकृतिक वेंटिलेशन में यह दोष भी है कि इसकी व्यवहार्यता बाहरी परिस्थितियों पर निर्भर है; यदि बाहरी हवा परिवहन से संबंधित उत्सर्जन या जंगल की आग से कण पदार्थ से जमीनी स्तर के ओजोन सांद्रता के साथ महत्वपूर्ण रूप से प्रदूषित है, उदाहरण के लिए, आवासीय और व्यावसायिक भवन में रहने वालों को इनडोर पर्यावरणीय गुणवत्ता (IEQ) को बनाए रखने के लिए दरवाजे और खिड़कियां बंद रखनी पड़ सकती हैं। इसके विपरीत, घुसपैठ (एचवीएसी) को अपर्याप्त रूप से मुहरबंद इमारत लिफाफे के माध्यम से हवा के अनियंत्रित प्रवाह के रूप में वर्णित किया जाता है, आमतौर पर एक इमारत के इंटीरियर से बाहरी तक वातानुकूलित हवा के अनजाने रिसाव के साथ जोड़ा जाता है।[10] इमारतों को यांत्रिक प्रणालियों, निष्क्रिय प्रणालियों या रणनीतियों, या दोनों के संयोजन का उपयोग करके हवादार किया जा सकता है।[11]
मैकेनिकल वेंटिलेशन सिस्टम (एचवीएसी) में एयरफ्लो
मैकेनिकल वेंटिलेशन एक इमारत में और उसके माध्यम से हवा के प्रवाह को प्रेरित करने के लिए प्रशंसकों का उपयोग करता है। डक्ट कॉन्फ़िगरेशन और असेंबली सिस्टम के माध्यम से वायु प्रवाह दर को प्रभावित करते हैं। डैम्पर्स, वाल्व, जोड़ों और एक वाहिनी के भीतर अन्य ज्यामितीय या सामग्री परिवर्तन से प्रवाह दबाव (ऊर्जा) का नुकसान हो सकता है।[2]
एयरफ्लो को अधिकतम करने के लिए निष्क्रिय रणनीतियां
एक इमारत के भीतर से निकास हवा को निकालने के लिए निष्क्रिय वेंटिलेशन रणनीतियों हवा की अंतर्निहित विशेषताओं, विशेष रूप से थर्मल उछाल और दबाव अंतर का लाभ उठाती हैं। स्टैक प्रभाव चिमनी या इसी तरह के लंबे स्थानों का उपयोग करने के लिए समान है, जो शीर्ष के निकट खुलने के साथ निष्क्रिय रूप से निकास हवा को ऊपर और अंतरिक्ष से बाहर खींचते हैं, इस तथ्य के लिए धन्यवाद कि हवा का तापमान बढ़ने पर वृद्धि होगी (जैसा कि मात्रा बढ़ जाती है और दबाव कम हो जाता है)। हवा से चलने वाला निष्क्रिय वेंटिलेशन बाहरी हवा की गति का लाभ उठाने के लिए बिल्डिंग कॉन्फ़िगरेशन, ओरिएंटेशन और एपर्चर वितरण पर निर्भर करता है। क्रॉस वेंटिलेशन | क्रॉस-वेंटिलेशन के लिए स्थानीय पवन पैटर्न के साथ संरेखित रणनीतिक रूप से स्थित उद्घाटन की आवश्यकता होती है।
थर्मल आराम और समग्र इनडोर पर्यावरण गुणवत्ता (आईईक्यू) के लिए वायु आंदोलन का संबंध
निवासी थर्मल आराम मानकों (जैसे ASHRAE 55) को पूरा करने के लिए डिजाइन करते समय एयरफ्लो चिंता का एक कारक है। हवा की गति की अलग-अलग दरें लोगों की गर्मी या ठंडक की धारणा को सकारात्मक या नकारात्मक रूप से प्रभावित कर सकती हैं, और इसलिए उनका आराम।[12] वायु वेग हवा के तापमान, सापेक्ष आर्द्रता, आसपास की सतहों और रहने वालों के उज्ज्वल तापमान, और निवासी त्वचा चालकता के साथ संपर्क करता है, जिसके परिणामस्वरूप विशेष तापीय संवेदनाएं होती हैं।
समग्र इनडोर पर्यावरण गुणवत्ता (IEQ) और इनडोर वायु गुणवत्ता (IAQ) के लिए पर्याप्त, ठीक से नियंत्रित और डिज़ाइन किया गया एयरफ़्लो (वेंटिलेशन) महत्वपूर्ण है। इसमें यह ताजी हवा की आवश्यक आपूर्ति प्रदान करता है और निकास हवा को प्रभावी ढंग से बाहर निकालता है।[2]
यह भी देखें
- हवा की धारा
- मात्रात्मक प्रवाह दर
- हवा प्रवाह मीटर
- स्पंज (प्रवाह)
- हवाई संचालन केंद्र
- द्रव गतिविज्ञान
- दबाव प्रवणता बल
- पृथ्वी का वातावरण
- एनीमोमीटर
- कम्प्यूटेशनल तरल सक्रिय
- वेंटिलेशन (आर्किटेक्चर) (आर्किटेक्चर)
- प्राकृतिक वायुसंचार
- घुसपैठ (एचवीएसी)
- कण ट्रैकिंग वेलोसिमेट्री
- लामिना का प्रवाह
- अशांति
- हवा
संदर्भ
- ↑ "How Do Air Pressure Differences Cause Winds?". ThoughtCo. Retrieved 2017-11-09.
- ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 ASHRAE, ed. ASHRAE Handbook of Fundamentals 2017. Atlanta, GA: American Society of Heating, Air-Conditioning and Refrigeration Engineers, 2017.
- ↑ 3.0 3.1 "वायुगतिकी - वायु प्रवाह के विज्ञान का परिचय". Explain that Stuff. Retrieved 2017-11-09.
- ↑ "एयरफ्लो यूनिट रूपांतरण". Comairrotron.com. 8 March 2012. Retrieved 2014-06-10.
- ↑ "Hot Wire Anemometer - an overview | ScienceDirect Topics". www.sciencedirect.com. Retrieved 2022-11-22.
- ↑ "Computational Fluid Dynamic Modeling - an overview | ScienceDirect Topics". www.sciencedirect.com. Retrieved 2022-11-22.
- ↑ (PDF) https://www.airequipmentcompany.com/wp-content/uploads/2018/01/Fundamentals-of-Fans-Air-Equipment-Company.pdf.
{{cite web}}: Missing or empty|title=(help) - ↑ "वायवीय परिवहन में वायु आयतन और द्रव्यमान - PowderProcess.net". powderprocess.net. Retrieved 2019-06-11.
- ↑ "वायु प्रवाह". oac.med.jhmi.edu. Retrieved 2017-11-09.
- ↑ Axley, James W. “Residential Passive Ventilation Systems: Evaluation and Design.” Air Infiltration and Ventilation Center, Tech Note 54 (2001).
- ↑ Schiavon, Stefano (2014). "Adventitious ventilation: a new definition for an old mode?". Indoor Air. 24 (6): 557–558. doi:10.1111/ina.12155. PMID 25376521.
- ↑ Toftum, J. (2004). "Air movement - good or bad?". Indoor Air. 14 (s7): 40–45. doi:10.1111/j.1600-0668.2004.00271.x. PMID 15330770.
