वायु प्रवाह

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वायु प्रवाह, वायु की गति है। वायु प्रवाह 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 वायु की मात्रा का माप है जो किसी विशेष उपकरण के माध्यम से बहती है। इसे आयतनमितीय प्रवाह दर(प्रति इकाई समय में वायु की मात्रा) या द्रव्यमान प्रवाह दर(प्रति इकाई समय में वायु 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। वायु के प्रवाह को यांत्रिक प्रकार से प्रेरित किया जा सकता है(जैसे कि विद्युत् या हस्तचालित पंखा चलाकर) या पर्यावरण में उपस्थित दबाव अंतर के एक क्रिया के रूप में निष्क्रिय रूप से हो सकता है।

वायु प्रवाह के प्रकार

किसी भी तरल पदार्थ के जैसे, वायु लामिनार प्रवाह और विक्षोभ प्रवाह प्रतिरूप दोनों को प्रदर्शित कर सकती है। लामिनार प्रवाह तब होता है जब वायु सुचारू रूप से प्रवाहित हो सकती है, और परवलय वेग रूपरेखा प्रदर्शित करती है; विक्षुब्ध प्रवाह तब होता है जब कोई अनियमितता होती है(जैसे सतह में विघटन जिसके माध्यम से द्रव बह रहा है) , जो गति की दिशा को बदल देता है। अशांत प्रवाह सपाट वेग रूपरेखा प्रदर्शित करती है।[2] द्रव गति के वेग रूपरेखा किसी दिए गए अनुप्रस्थ काट में तात्कालिक वेग सदिश के स्थानिक वितरण का वर्णन करते हैं। ज्यामितीय विन्यास का आकार जिसके माध्यम से तरल पदार्थ बह रहा है, द्रव गुण(जैसे श्यानता) , प्रवाह में भौतिक विघटन, और अभियंत्रित घटक(जैसे पंप) जो प्रवाह में ऊर्जा जोड़ते हैं, वे कारक हैं जो निर्धारित करते हैं कि वेग क्या है रूपरेखा दिखती है। सामान्यतः, संलग्न प्रवाह में, तात्कालिक वेग सदिश तरल पदार्थ के निकट की परतों पर पाइप, नलिका, या चैनल की दीवारों के अवयव से घर्षण के प्रभाव के कारण रूपरेखा के बीच में परिमाण में बड़े होते हैं। क्षोभमंडलीय वायुमंडलीय प्रवाह में, सतह के निकट वायु प्रवाह को धीमा करने वाले वृक्षों और पहाड़ियों जैसे अवरोधों से घर्षण के कारण भू-स्तर से ऊंचाई के साथ वेग बढ़ता है। घर्षण के स्तर को रूक्षता की लंबाई नामक पैरामीटर द्वारा निर्धारित किया जाता है। धारा रेखाएँ 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 मात्र 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 अव्यवस्थात्मक दिशाओं में यात्रा कर रहे हैं जो घुमावदार, कुंडलीदार और अधिकांशतः प्रतिच्छेदन करने वाली प्रवाह की दिशा को जन्म देते हैं।

रेनॉल्ड्स संख्या, तरल पदार्थ में श्यान 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 श्यान 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 विषय पर निर्भर करती है कि वायु 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 रूपरेखा के केंद्र में विक्षोभ और किनारों के निकट 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 निकट का क्षेत्र जहां वायु 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

द्रव्यमान द्वारा

वायु प्रवाह को प्रति घंटे(एसीएच) वायु परिवर्तन के रूप में भी वर्णित किया जा सकता है, जो प्रश्न में स्थान को भरने वाली वायु 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 मानों के साथ रिसाव वाले ऊपरी आच्छादन जो प्राचीन भवनों के विशिष्ट होते हैं जो कम दृढ़ता से सीलबंद होते हैं।

मापन

वायु प्रवाह को मापने वाले यंत्र को वायु प्रवाह मीटर कहा जाता है। वायु की गति और भीतरी वायु प्रवाह 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 वायु वेग मापी 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। गर्म-तार एनीमोमीटर, उदाहरण के लिए, तार के तापमान में कमी सूचित करता है, जिसे परिवर्तन की दर का विश्लेषण करके वायु प्रवाह वेग में अनुवादित किया जा सकता है। संवहन शीतलन वायु प्रवाह दर का क्रिया है, और अधिकांश धातुओं का विद्युत प्रतिरोध धातु के तापमान पर निर्भर करता है, जो संवहन शीतलन से प्रभावित होता है।[5] अभियंता ने गर्म तार वायुवेगमापी के डिजाइन और उपयोग में इन भौतिक घटनाओं का लाभ उठाया है। कुछ उपकरण वायु प्रवाह, नम बल्ब तापमान, ओस बिंदु और विक्षोभ की गणना करने में सक्षम हैं।

अनुकरण

अभिकलन 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 वाहन, विमान और समुद्री शिल्प के साथ-साथ भवन आवरण के वायु अंतःसंचरण के निकट वायु प्रवाह स्वरूप की भविष्यवाणी करने के लिए किया जा सकता है। क्‍योंकि सीएफडी मॉडल भी प्रणाली के माध्यम से ठोस पदार्थों के प्रवाह को ज्ञात करते हैं,[6] उनका उपयोग भीतरी और बाहरी वातावरण में प्रदूषण सांद्रता के विश्लेषण के लिए किया जा सकता है। घर के भीतर उत्पन्न होने वाले कणिका तत्त्व सामान्यतः तेल के साथ खाना पकाने और मोमबत्तियाँ या जलाऊ लकड़ी जलाने जैसी दहन गतिविधियों से आते हैं। बाहरी वातावरण में, कणिका तत्त्व प्रत्यक्ष स्रोतों से आता है जैसे आंतरिक दहन इंजन वाहन(आईसीईभीएस) टेलपाइप उत्सर्जन जलते हुए ईंधन(पेट्रोलियम उत्पाद) , हवाई झटका और मिट्टी से, और अप्रत्यक्ष रूप से वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों(भीओसीएस) के वायुमंडलीय ऑक्सीकरण से, सल्फर डाइऑक्साइड(SO2) , और नाइट्रोजन ऑक्साइड(NOx) उत्सर्जन है।

नियंत्रण

एक प्रकार का उपकरण जो नलिकाओं में वायु प्रवाह को नियंत्रित करता है उसे अवमंदक(प्रवाह) कहा जाता है। अवमंदक का उपयोग वायु के प्रवाह को बढ़ाने, घटाने या सम्पूर्ण प्रकार से रोकने के लिए किया जा सकता है। अत्यधिक जटिल उपकरण जो न मात्र वायु प्रवाह को नियंत्रित कर सकता है किंतु वायु प्रवाह को उत्पन्न करने और स्थिति देने की क्षमता भी वायु का संचालक है। पंखे भी उच्च मात्रा और कम दबाव(चूँकि व्यापक दबाव से अत्यधिक) के साथ वायु प्रवाह का उत्पादन करके प्रवाह उत्पन्न करते हैं। पंखे द्वारा प्रेरित यह दबाव अंतर वायु 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 वायु प्रवाह दर द्वारा, मुख्य रूप से प्रति मिनट भ्रमण(आरपीएम) में मापी गई पंखे की गति से निर्धारित होती है।[7] वायु प्रवाह दर को संशोधित करने के लिए एचवीएसी प्रणाली के नियंत्रण में, सामान्यतः पंखे की गति को बदल दिया जाता है, जो अधिकांशतः वायु-संचार 3-श्रेणी समायोजन जैसे निम्न, मध्यम और उच्च में आते हैं।

उपयोग

वायु-संचार(वास्तुकला) (यह निर्धारित करने के लिए कि कितनी वायु को बदला जा रहा है) , वायवीय संदेश(वायु वेग और परिवहन के चरण को नियंत्रित करने के लिए) जैसे कई अनुप्रयोगों में वायु प्रवाह को मापना आवश्यक है।[8] और इंजन(वायु-ईंधन अनुपात को नियंत्रित करने के लिए है) ।

वायुगतिकी द्रव गतिकी(भौतिकी) की शाखा है जो विशेष रूप से वायु प्रवाह के मापन, अनुकरण और नियंत्रण से संबंधित है।[3] ऋतु विज्ञान, वैमानिकी, चिकित्सा, सहित कई क्षेत्रों के लिए वायु प्रवाह का प्रबंधन चिंता का विषय है।[9] यांत्रिक अभियांत्रिकी, सिविल अभियंत्रण, पर्यावरण अभियांत्रिकी और निर्माण विज्ञान भी है।

भवनों में वायु प्रवाह

विज्ञान के निर्माण में, वायु प्रवाह को अधिकांशतः इसकी वांछनीयता के संदर्भ में संबोधित किया जाता है, उदाहरण के प्राकृतिक वायुसंचार) और अन्तःस्पंदन(एचवीएसी) के विपरीत है। वायुसंचार को अभिनव बाहरी आपूर्ति वायु के वांछित प्रवाह के रूप में परिभाषित किया जाता है, सामान्यतः भीतरी, स्थान के साथ-साथ घर के बाहर निकास वायु के साथ निष्कासन के साथ होता है। यह यांत्रिक साधनों के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है(अर्थात वायु के अंतःसंचरण के लिए धूमरंध्र या अवमंदक का उपयोग और नलिका के माध्यम से प्रवाह को प्रेरित करने के लिए पंखा) या निष्क्रिय विधियों(प्राकृतिक वायुसंचार के रूप में भी जाना जाता है) के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है। जबकि प्राकृतिक वायुसंचार के यांत्रिक वायुसंचार पर आर्थिक लाभ हैं क्योंकि इसमें सामान्यतः बहुत कम परिचालन ऊर्जा खपत की आवश्यकता होती है, इसका उपयोग मात्र दिन के निश्चित समय और कुछ बाहरी परिस्थितियों में ही किया जा सकता है। यदि बाहरी वायु और भीतरी वातानुकूलित वायु के बीच बड़ा तापमान अंतर है, तो प्राकृतिक वायुसंचार के उपयोग से स्थान पर अनैच्छिक गर्म या ठंढा भरा हो सकता है और गर्म और ठंढा निर्दिष्ट बिंदु तापमान द्वारा निर्धारित सीमाओं के भीतर सुखद ताप बनाए रखने के लिए एचवीएसी ऊर्जा खपत में वृद्धि हो सकती है। प्राकृतिक वायुसंचार में यह दोष भी है कि इसकी व्यवहार्यता बाहरी परिस्थितियों पर निर्भर है; यदि बाहरी वायु परिवहन से संबंधित उत्सर्जन या जंगल की आग से कण पदार्थ से भू- स्तर के ओजोन सांद्रता के साथ महत्वपूर्ण रूप से प्रदूषित है, उदाहरण के लिए, आवासीय और व्यावसायिक भवन में रहने वालों को भीतरी पर्यावरणीय गुणवत्ता(आईईक्यू) को बनाए रखने के लिए द्वार और खिड़कियां बंद रखनी पड़ सकती हैं। इसके विपरीत, अन्तःस्पंदन(एचवीएसी) को अपर्याप्त रूप से सीलबंद भवन आवरण के माध्यम से वायु के अनियंत्रित प्रवाह के रूप में वर्णित किया जाता है, सामान्यतः भवन के आतंरिक भाग से बाहरी तक वातानुकूलित वायु के अनैच्छिक रिसाव के साथ जोड़ा जाता है।[10] भवनों को यांत्रिक प्रणालियों, निष्क्रिय प्रणालियों या योजनाओं, या दोनों के संयोजन का उपयोग करके वायुदार किया जा सकता है।[11]

यांत्रिक वायु-संचालन(यांत्रिक संवातन) प्रणाली(एचवीएसी) में वायु प्रवाह

यांत्रिक वायु-संचालन(यांत्रिक संवातन) भवन में और उसके माध्यम से वायु के प्रवाह को प्रेरित करने के लिए पंखों का उपयोग करता है। नलिका विन्यास और समन्वायोजन प्रणाली के माध्यम से वायु प्रवाह दर को प्रभावित करते हैं। अवमंदक्, वाल्व, जोड़ों और वाहिनी के भीतर अन्य ज्यामितीय या अवयव परिवर्तन से प्रवाह दबाव(ऊर्जा) की क्षति हो सकती है।[2]

वायु प्रवाह को अधिकतम करने के लिए निष्क्रिय युक्ति

भवन के भीतर से निकास वायु को निकालने के लिए निष्क्रिय वायुसंचार युक्तियों वायु की अंतर्निहित विशेषताओं, विशेष रूप से उष्मीय उत्प्लावन और दबाव अंतर का लाभ उठाती हैं। चिति प्रभाव या इसी प्रकार के लंबे स्थानों का उपयोग करने के लिए समान है, जो शीर्ष के निकट खुलने के साथ निष्क्रिय रूप से निकास वायु को ऊपर और स्थान से बाहर खींचते हैं, इस तथ्य के लिए धन्यवाद कि वायु का तापमान बढ़ने पर वृद्धि होगी(जैसा कि मात्रा बढ़ जाती है और दबाव कम हो जाता है) । वायु से चलने वाला निष्क्रिय वायुसंचार बाहरी वायु की गति का लाभ उठाने के लिए भवन विन्यास, अभिविन्यास और द्वारक वितरण पर निर्भर करता है। आरपार-वायु-संचालन(आरपार संवातन) के लिए स्थानीय पवन प्रतिरूप के साथ संरेखित योजनाओं से स्थित प्रारंभण की आवश्यकता होती है।

ऊष्मीय सुख और समग्र भीतरी पर्यावरण गुणवत्ता(आईईक्यू) के लिए वायु संचलन का संबंध

निवासी उष्ण सुख मानकों(जैसे आशरे 55) को पूर्ण करने के लिए डिजाइन करते समय वायु प्रवाह संबंध का कारक है। वायु की गति की अलग-अलग दरें लोगों की गरमाहट या शीतलता की धारणा को सकारात्मक या नकारात्मक रूप से प्रभावित कर सकती हैं, और इसलिए उनका सुख है।[12] वायु वेग वायु के तापमान, सापेक्ष आर्द्रता, निकट की सतहों और रहने वालों के दीप्तिमान तापमान, और अधिभोक्ता त्वचा चालकता के साथ संपर्क करता है, जिसके परिणामस्वरूप विशेष तापीय संवेदनाएं होती हैं।

समग्र भीतरी पर्यावरण गुणवत्ता(आईईक्यू) और भीतरी वायु गुणवत्ता(आइएक्यू) के लिए पर्याप्त, ठीक से नियंत्रित और डिज़ाइन किया गया वायु प्रवाह(वायुसंचार) महत्वपूर्ण है। इसमें यह अभिनव वायु की आवश्यक आपूर्ति प्रदान करता है और निकास वायु को प्रभावी रूप से बाहर निकालता है।[2]

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ "How Do Air Pressure Differences Cause Winds?". ThoughtCo. Retrieved 2017-11-09.
  2. ↑ 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. ↑ 3.0 3.1 "वायुगतिकी - वायु प्रवाह के विज्ञान का परिचय". Explain that Stuff. Retrieved 2017-11-09.
  4. ↑ "एयरफ्लो यूनिट रूपांतरण". Comairrotron.com. 8 March 2012. Retrieved 2014-06-10.
  5. ↑ "Hot Wire Anemometer - an overview | ScienceDirect Topics". www.sciencedirect.com. Retrieved 2022-11-22.
  6. ↑ "Computational Fluid Dynamic Modeling - an overview | ScienceDirect Topics". www.sciencedirect.com. Retrieved 2022-11-22.
  7. ↑ (PDF) https://www.airequipmentcompany.com/wp-content/uploads/2018/01/Fundamentals-of-Fans-Air-Equipment-Company.pdf. {{cite web}}: Missing or empty |title= (help)
  8. ↑ "वायवीय परिवहन में वायु आयतन और द्रव्यमान - PowderProcess.net". powderprocess.net. Retrieved 2019-06-11.
  9. ↑ "वायु प्रवाह". oac.med.jhmi.edu. Retrieved 2017-11-09.
  10. ↑ Axley, James W. “Residential Passive Ventilation Systems: Evaluation and Design.” Air Infiltration and Ventilation Center, Tech Note 54 (2001).
  11. ↑ 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.
  12. ↑ 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.
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