फूरियर संख्या

ऊष्मा चालन के अध्ययन में, फूरियर संख्या, समय का अनुपात है, $t$, ऊष्मा प्रसार के लिए एक विशिष्ट समय पैमाने पर, $t_{d}$. इस आयामहीन संख्या का नाम जोसेफ फूरियर|जे.बी.जे. के सम्मान में रखा गया है। फूरियर, जिन्होंने ऊष्मा चालन की आधुनिक समझ तैयार की। प्रसार के लिए समय का पैमाना गर्मी को दूर तक फैलने के लिए आवश्यक समय को दर्शाता है, $L$. तापीय प्रसार क्षमता वाले माध्यम के लिए, $\alpha$, यह समयमान है $t_{d}=L^{2}/\alpha$, ताकि फूरियर संख्या हो $t/t_{d}=\alpha t/L^{2}$. फूरियर संख्या को अक्सर इस रूप में दर्शाया जाता है $\mathrm {Fo}$ या $\mathrm {Fo} _{L}$. फूरियर संख्या का उपयोग फ़िक के प्रसार के नियमों के अध्ययन में भी किया जा सकता है, जिसमें थर्मल प्रसार को द्रव्यमान प्रसार द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।

फूरियर संख्या का उपयोग समय-निर्भर परिवहन घटना के विश्लेषण में किया जाता है, आमतौर पर यदि संवहन मौजूद है तो बायोट संख्या के साथ संयोजन में। फूरियर संख्या ऊष्मा समीकरण के गैर-आयामीकरण में स्वाभाविक रूप से उत्पन्न होती है।

परिभाषा

फूरियर संख्या की सामान्य परिभाषा, Fo, है:

$$\mathrm {Fo} ={\frac {\text{time}}{\text{time scale for diffusion}}}={\frac {t}{t_{d}}}$$

एक विशिष्ट लंबाई पैमाने के साथ गर्मी प्रसार के लिए $L$ तापीय प्रसार के माध्यम में $\alpha$, प्रसार समय पैमाना है $t_{d}=L^{2}/\alpha$, ताकि

$$\mathrm {Fo} _{L}={\frac {\alpha t}{L^{2}}}$$

कहाँ:

• $\alpha$ तापीय विसरणशीलता (मीटर की दूरी पर ) है²/दूसरा )
• $t$ समय है
• $L$ वह विशेषता लंबाई है जिसके माध्यम से चालन होता है (एम)

फूरियर संख्या की व्याख्या

मोटाई के स्लैब में क्षणिक ताप संचालन पर विचार करें $L$ वह प्रारंभ में एक समान तापमान पर होता है, $T_{0}$. स्लैब के एक तरफ को उच्च तापमान तक गर्म किया जाता है, $T_{h}>T_{0}$, समय पर $t=0$. दूसरा पक्ष रुद्धोष्म है। वस्तु के दूसरी ओर महत्वपूर्ण तापमान परिवर्तन दिखाने के लिए आवश्यक समय प्रसार समय है, $t_{d}$.

कब $\mathrm {Fo} \ll 1$, दूसरी तरफ तापमान बदलने के लिए पर्याप्त समय नहीं बीता है। इस मामले में, महत्वपूर्ण तापमान परिवर्तन केवल गर्म पक्ष के करीब होता है, और अधिकांश स्लैब तापमान पर रहता है $T_{0}$.

कब $\mathrm {Fo} \cong 1$, पूरे मोटाई में महत्वपूर्ण तापमान परिवर्तन होता है $L$. कोई भी स्लैब तापमान पर नहीं रहता $T_{0}$.

कब $\mathrm {Fo} \gg 1$, स्लैब को स्थिर अवस्था में पहुंचने में पर्याप्त समय बीत चुका है। पूरा स्लैब तापमान के करीब पहुंच जाता है $T_{h}$.

व्युत्पत्ति और उपयोग

फूरियर संख्या को समय-निर्भर प्रसार समीकरण को गैर-आयामी बनाकर प्राप्त किया जा सकता है। उदाहरण के तौर पर, लंबाई की एक छड़ पर विचार करें $L$ जिसे प्रारंभिक तापमान से गर्म किया जा रहा है $T_{0}$ तापमान का ऊष्मा स्रोत लगाकर $T_{L}>T_{0}$ समय पर $t=0$ और स्थिति $x=L$ (साथ $x$ छड़ की धुरी के अनुदिश)। एक स्थानिक आयाम में ताप समीकरण, $x$, लागु कर सकते हे

$${\frac {\partial T}{\partial t}}=\alpha {\frac {\partial ^{2}T}{\partial x^{2}}}$$

कहाँ $T$ के लिए तापमान है $0<x<L$ और $t>0$. विभेदक समीकरण को आयामहीन रूप में बढ़ाया जा सकता है। एक आयामहीन तापमान को इस प्रकार परिभाषित किया जा सकता है $\Theta =(T-T_{L})/(T_{0}-T_{L})$, और समीकरण को इसके द्वारा विभाजित किया जा सकता है $\alpha /L^{2}$:

$${\frac {\partial \Theta }{\partial (\alpha t/L^{2})}}={\frac {\partial ^{2}\Theta }{\partial (x/L)^{2}}}$$

परिणामी आयाम रहित समय चर फूरियर संख्या है, $\mathrm {Fo} _{L}=\alpha t/L^{2}$. प्रसार के लिए विशिष्ट समय पैमाना, $t_{d}=L^{2}/\alpha$, गर्मी समीकरण के इस स्केलिंग से सीधे आता है।

फूरियर संख्या का उपयोग अक्सर ठोस पदार्थों में क्षणिक ताप संचालन का अध्ययन करने में गैर-आयामी समय के रूप में किया जाता है। एक दूसरा पैरामीटर, बायोट नंबर गैर-आयामीकरण में उत्पन्न होता है जब Convection_(heat_transfer)#Convective_heat_transfer को ताप समीकरण पर लागू किया जाता है।साथ में, फूरियर संख्या और बायोट संख्या संवहन ताप या शीतलन के अधीन किसी ठोस की तापमान प्रतिक्रिया निर्धारित करती है।

सामूहिक स्थानांतरण के लिए आवेदन

फ़िक के प्रसार के नियमों के गैर-आयामीकरण द्वारा एक अनुरूप फूरियर संख्या प्राप्त की जा सकती है#Fick.27s दूसरा नियम|फ़िक के प्रसार का दूसरा नियम। परिणाम बड़े पैमाने पर परिवहन के लिए एक फूरियर संख्या है, $\mathrm {Fo} _{m}$ के रूप में परिभाषित:

$$\mathrm {Fo} _{m}={\frac {Dt}{L^{2}}}$$

कहाँ:

• $\mathrm {Fo} _{m}$ बड़े पैमाने पर परिवहन के लिए फूरियर संख्या है
• $D$ द्रव्यमान विसरणशीलता है (एम²/s)
• $t$ समय है
• $L$ ब्याज की लंबाई का पैमाना है (एम)

मास-ट्रांसफर फूरियर संख्या को कुछ समय-निर्भर द्रव्यमान प्रसार समस्याओं के अध्ययन के लिए लागू किया जा सकता है।

यह भी देखें

• बायोट नंबर
• संवहन
• गर्मी चालन
• ताप समीकरण
• आणविक प्रसार