Nozzle and Diffuser MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Nozzle and Diffuser - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

संकल्पना:

नोजल परिवर्तनशील अनुप्रस्थ-काट क्षेत्र का एक नलिका है जिसमें दाब में कमी के साथ वेग में वृद्धि होती है।

नोजल के लिए स्थिर प्रवाह ऊर्जा समीकरण को इस प्रकार लिखा जा सकता है,

\(h_1+\frac{C_1^2}{2000}+Q = h_2+\frac{C_2^2}{2000}+ W\;\)

और रुद्धोष्म और घर्षण रहित प्रवाह के लिए, Q = 0

और नोजल में कोई शाफ्ट कार्य नहीं होता है, इसलिए, W = 0

h1 = नोजल के प्रवेश द्वार पर विशिष्ट एन्थैल्पी,

h2 = नोजल के निकास द्वार पर विशिष्ट एन्थैल्पी,

C1, और C2 क्रमशः नोजल के प्रवेश और निकास पर वेग हैं।

नोजल के लिए, SFEE को इस प्रकार लिखा जा सकता है,

\(h_1+\frac{C_1^2}{2000}= h_2+\frac{C_2^2}{2000}\;\)

या नोजल के निकास पर वेग को इस प्रकार लिखा जा सकता है,

\(C_2= \sqrt{C_1^{2}+ 2000(h_1-h_2)}\;\)

गणना:

दिया गया है:

h1 = 2751 kJ/kg, h2= 2651 kJ/kg

समांतर एन्थैल्पी गिरावट, h1 - h2 = 100 kJIkg

ज्ञात करना -

निकास वेग, C2 = ?

अब दिए गए मानों को सूत्र में रखने पर,

\(C_2= \sqrt{2000(h_1-h_2)}\;\)

\(C_2= \sqrt{2000 \times 100} =447.21\;m/s\;\)

व्याख्या:

भाप नोजल के लिए निर्वहन गुणांक की परिभाषा

परिभाषा: भाप नोजल के लिए निर्वहन गुणांक (C_d) को वास्तविक निर्वहन का सैद्धांतिक निर्वहन से अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है। यह एक आयामहीन संख्या है जो घर्षण, विक्षुब्धता और अन्य कारकों के प्रभावों को ध्यान में रखती है जो वास्तविक प्रवाह दर को आदर्श प्रवाह दर से कम करते हैं। गणितीय रूप से, इसे इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

C_d = (वास्तविक निर्वहन) / (सैद्धांतिक निर्वहन)

महत्व: निर्वहन गुणांक भाप नोजल के डिजाइन और विश्लेषण में एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है। यह ऊष्मीय ऊर्जा को गतिज ऊर्जा में परिवर्तित करने में नोजल की दक्षता का माप प्रदान करता है। उच्च गुणांक अधिक कुशल नोजल को इंगित करता है जिसमें कम ऊर्जा हानि होती है।

अवधारणा:

नोजल के माध्यम से प्रवाह:

• यदि प्रणाली सीमा परिवेश के साथ पूर्ण रूप से विद्युत रोधी है तो ऊष्मा अन्योन्यक्रिया शून्य होगी।
• नोजल एक स्थिर-अवस्था वाला स्थिर-प्रवाह उपकरण है जो अपने दाब के व्यय पर उच्च-वेग तरल धारा बनाता है।
• नोजल पूर्ण रूप से विद्युत रोधी है इसलिए प्रवाह रुद्धोष्म होता है और कोई गतिशील अवयव भी नहीं है इसलिए शैफ्ट का कार्य भी शून्य होता है।

स्थिर प्रवाह ऊर्जा समीकरण से,

\({h_1} + \frac{{C_1^2}}{2} + {z_1}g + \frac{{\partial Q}}{{dm}} = {h_2} + \frac{{C_2^2}}{2} + {z_2}g + \frac{{\partial W}}{{dm}}\)

चूँकि स्थितिज ऊर्जा में परिवर्तन भी शून्य है इसलिए SFEE इस प्रकार दिया जाता है,

\({h_1} + \frac{{C_1^2}}{2} = {h_2} + \frac{{C_2^2}}{2} \)

गणना:

दिया गया है:

h₁ = 3000 kJ/kg, h₂ = 2700 kJ/kg, C₁ = 50 m/s

∵ \({h_1} + \frac{{C_1^2}}{2} = {h_2} + \frac{{C_2^2}}{2} \)

⇒ 3000 + \(\frac{50^2}{2000}\) = 2700 + \(\frac{{C_2}^2}{2000}\)

⇒ 300 + 1.25 = \(\frac{{C_2}^2}{2000}\)

⇒ C₂ = 776.2 m/s

व्याख्या:

दिए गए आँकड़े:

समएन्ट्रॉपी प्रवाह या वायु

γ = 1.4

A = 100 kPa

ρ₁ = 1.2 kg/m³

u₁ = 400 m/s

P = ρRT

P₁ = ρ₁ RT₁

100 = 1.2 × 0.287 × T₁

T₁ = 290.36 (K)

a = \(\sqrt{\gamma RT}\)

\(\rm a=\sqrt{1.4\times 287\times 290.36}\)

a = 341.5649 (m/s)

\(\rm M=\frac{V}{a}=\frac{400}{341.5649}\)

M = 1.1710

टिप्पणी: ∵ [M > 1]

∴ प्रवाह पराध्वनिक है।

यदि M > 1 → वेग में वृद्धि

M > 1 → M = \(\rm \frac{v}{a}→ v ↑\)

टिप्पणी:

जबकि वेग (v) ↑ 

दाब कम होना चाहिए (P) ↓ 

इस प्रकार,u₂ > u₁, P₂ < P₁

संकल्पना:

नोज़ल: नोजल एक गैर-कार्य-उत्पादक उपकरण है जिसमें दाब ऊर्जा के व्यय पर पदार्थ की गतिज ऊर्जा में वृद्धि होती है।

नोज़ल के लिए स्थिर प्रवाह ऊर्जा समीकरण:

\(h_1 + \frac{V_1^2}{2} = h_2 + \frac{V_2^2}{2} \)

\(h_1 - h_2 + \frac{V_1^2}{2} = \frac{V_2^2}{2}\)

जहाँ h₁ - h₂ = एन्थैल्पी पात, V₁ = अंतर्गम पर पदार्थ का वेग, V₂ = निर्गम पर पदार्थ का वेग

गणना:

दिया गया है:

h1 - h2 = 180 kJ/kg

अंतर्गम वेग नगण्य है। इस प्रकार, V₁ = 0

नोजल के स्थिर प्रवाह ऊर्जा समीकरण में सभी मान रखने पर,

\(180000 = \frac{V_2^2}{2}\)

V₂² = 360000

V2 = 600 m/s

वायु का निकास वेग 600 m/s है।

अवधारणा:

विसारक: आदर्श विसारक वह यांत्रिक उपकरण है जिसका प्रयोग गतिज ऊर्जा के खर्च पर दबाव को बढ़ाने के लिए किया जाता है।

गतिज ऊर्जा प्रवेशिका पर निकासी से अधिक होती है। इसलिए, निकासी पर वेग प्रवेशिका पर वेग से कम होगा।

नोज़ल और विसारक का उपयोग सामान्यतौर पर जेट इंजन, रॉकेट, अंतरिक्षयान और यहाँ तक कि उद्यान छिड़काव में भी किया जाता हैं।

स्थिर प्रवाह वाले ऊर्जा समीकरण से,

\(m\left( {{h_1} + \frac{{{V_1}^2}}{2} + g{Z_1}} \right) + \frac{{dQ}}{{dt}} = \;m\left( {{h_2} + \frac{{V_2^2}}{2} + g{Z_2}} \right) + \frac{{dW}}{{dt}}\)

प्रणाली की सीमा पर ना तो ऊष्मा और ना ही कार्य स्थानांतरण होता है अर्थात् δQ = 0 = δW 

\({h_1} + \frac{{{V_1}^2}}{2} = \;{h_2} + \frac{{V_2^2}}{2}\)

नोज़ल के लिए, V₂ ≫V₁

विसारक के लिए, V₂ ≪V₁

अर्थात् विसारक के निकासी पर वायु का वेग प्रवेशिका पर वायु के वेग से कम होता है।

\({h_1} + \frac{{{V_1}^2}}{2} = \;{h_2} \Rightarrow {h_2} - {h_1} = \frac{{{V_1}^2}}{2}\)

अर्थात् प्रवेशिका से निकासी तक वायु की विशिष्ट तापीय धारिता बढ़ती है।

स्थिर प्रवाह प्रक्रिया वह प्रक्रिया है जहाँ तरल पदार्थ के गुण समय के साथ परिवर्तित नहीं होते हैं। स्थिर-प्रवाह वाली प्रक्रिया को निम्न द्वारा वर्णित किया जाता है:

• नियंत्रण आयतन में कोई भी गुण समय के साथ परिवर्तित नहीं होता है। अर्थात् m_cv = स्थिरांक; E_cv = स्थिरांक
• कोई गुण समय के साथ सीमा पर परिवर्तित नहीं होता है। इसलिए, प्रवेशिका या निकासी पर तरल पदार्थ के गुण पूरी प्रक्रिया के दौरान समान रहेगी।
• एक स्थिर-प्रवाह वाले प्रणाली और इसके वायुमण्डल के बीच ऊष्मा और कार्य अंतःक्रिया समय के साथ परिवर्तित नहीं होती है।

Δ m_cv = 0, Δ m_cv = द्रव्यमान में परिवर्तन 

अवधारणा:

प्रवाह में ऊर्जा परिवर्तन का विश्लेषण स्थिर प्रवाह ऊर्जा समीकरण (SFEE) द्वारा किया जा सकता है

इसे इस प्रकार दिया गया है

\({h_1} + \frac{{V_1^2}}{2} + {Z_1} \times g + Q = {h_2} + \frac{{V_2^2}}{2} + {Z_2} \times g + W\)

जहाँ h बहती हुई धारा की तापीय धारिता है और V2/2 गतिज ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करता है और Zg क्रमशः संभावित ऊर्जा, Q और W ऊष्मा और कार्य परस्पर क्रिया का प्रतिनिधित्व करता है

गणना:

दिया हुआ है कि,

तापीय धारिता में बदलें h1 - h2 = 450 KJ/Kg 

अब धारणा द्वारा स्थिर प्रवाह ऊर्जा समीकरण को लागू करना (W = 0, Q = 0, ΔP.E = 0)

नोजल की आदर्श स्थिति के लिए

प्रारंभिक वेग शून्य माना जाता है क्योंकि यह निकास वेग की तुलना में बहुत कम है

\({h_1} = {h_2} + \frac{{V_2^2}}{2}\)

\({V_2} = \sqrt {2\left( {{{\rm{h}}_1} - {{\rm{h}}_2}} \right)} = \sqrt {2 \times 450 \times 1000} = 948.68\;m/sec\;\)

स्पष्टीकरण:

विसारक: आदर्श विसारक वह यांत्रिक उपकरण है जिसका प्रयोग गतिज ऊर्जा के खर्च पर दबाव को बढ़ाने के लिए किया जाता है।

गतिज ऊर्जा प्रवेशिका पर निकासी से अधिक होती है। इसलिए, निकासी पर वेग प्रवेशिका पर वेग से कम होगा।

नोज़ल और विसारक का उपयोग सामान्यतौर पर जेट इंजन, रॉकेट, अंतरिक्षयान और यहाँ तक कि उद्यान छिड़काव में भी किया जाता हैं।

स्थिर प्रवाह वाले ऊर्जा समीकरण से,

\(m\left( {{h_1} + \frac{{{V_1}^2}}{2} + g{Z_1}} \right) + \frac{{dQ}}{{dt}} = \;m\left( {{h_2} + \frac{{V_2^2}}{2} + g{Z_2}} \right) + \frac{{dW}}{{dt}}\)

प्रणाली की सीमा पर ना तो ऊष्मा और ना ही कार्य स्थानांतरण होता है अर्थात् δQ = 0 = δW 

\({h_1} + \frac{{{V_1}^2}}{2} = \;{h_2} + \frac{{V_2^2}}{2}\)

नोज़ल के लिए, V2 ≫V1

विसारक के लिए, V2 ≪V1

अर्थात् विसारक के निकासी पर वायु का वेग प्रवेशिका पर वायु के वेग से कम होता है।

\({h_1} + \frac{{{V_1}^2}}{2} = \;{h_2} \Rightarrow {h_2} - {h_1} = \frac{{{V_1}^2}}{2}\)

अर्थात् प्रवेशिका से निकासी तक वायु की विशिष्ट तापीय धारिता बढ़ती है।

अवधारणा:

द्रव्यमान प्रवाह दर (ṁ) = ρ × A × V

जहां ρ = घनत्व , A = अनुप्रस्थ-काट क्षेत्रफल , V = प्रवाह वेग

वायु को आदर्श गैस मानने पर; जो समीकरण का अनुसरण करती है

P v = m R T

\(P = \frac{m}{v}RT\)

\(⇒ \rho = \frac{P}{{RT}}\)

गणना:

दिया गया है कि, A = 0.5 m2, V = 100 m/s

यहां हमें घनत्व (ρ) का पता लगाना होगा

यहाँ P = 100 kPa

R = 0.287 KJ/kg K

T = 27°C = 300 K

\(⇒ \rho = \frac{{100}}{{0.287 \times 300}} = 1.16\frac{{kg}}{{{m^3}}}\)

ṁ = 1.16 × 0.5 × 100 = 58 kg/s

स्पष्टीकरण:

विसारक:

• एक विसारक को "स्थैतिक दाब में वृद्धि करते हुए एक प्रणाली के माध्यम से पारित होने वाले तरल के वेग को कम करने के लिए एक उपकरण" के रूप में परिभाषित किया जाता है।
• तरल के स्थिर दाब में वृद्धि के रूप में यह एक नली से गुजरता है जिसे आमतौर पर दाब पुनःप्राप्ति के रूप में जाना जाता है।

ऐसा इसलिए है क्योंकि प्रवाह में ऊर्जा संरक्षित है।

बर्नौली का सिद्धांत एक स्थिर, असंपीड्य और अदृश्य प्रवाह के गुणधर्म का वर्णन करता है, जिसमें कहा गया है कि इस प्रवाह में,

\({\frac{1}{2}\rho V^2~+~p~+~\rho gz~=~constant}\)

एक नली में खण्ड के संकुचन या परिवर्धन से द्रव्यमान प्रवाह को संरक्षित करने के लिए वेग में क्रमशः वृद्धि या कमी होती है।

एक विसारक का खण्ड धारा के साथ बढ़ता है, जिससे प्रवाह धीमा हो जाता है।

ऊंचाई को समान मानते हुए, पिछले समीकरण का परिणाम होगा (उपरिप्रवाह के लिए सूचकांक 1 और अनुप्रवाह के लिए सूचकांक 2):
\(\frac{1}{2}\rho V_1^2~+~p_1~=~\frac{1}{2}\rho V_2^2~+~p_2\)   (V1 > V2)

यह दर्शाता है कि ऊर्जा संरक्षित करने के लिए दाब में वृद्धि होनी चाहिए अर्थात् p1 की तुलना में p2 उच्च होना चाहिए।

Additional Information

नोज़ल:

• एक नोजल का उपयोग निस्सरण वेग को बढ़ाने के लिए किया जाता है, साथ ही साथ इसमें से गुजरने वाले तरल के दाब को कम किया जाता है।

स्पष्टीकरण:

निर्वहन​ का गुणांक वास्तविक निर्वहन से सैद्धांतिक निर्वहन का अनुपात है।

विभिन्न उपकरणों के लिए निर्वहन गुणांक हैं:

⇒ वेंचुरीमीटर - 0.95 से 0.98

⇒ ऑरिफिस मीटर - 0.62 से 0.65

⇒ नोजल मीटर - 0.93 से 0.98

∴ नोजल मीटर के लिए निर्वहन का गुणांक वेंचुरीमीटर और ऑरिफिस मीटर के बीच स्थित है।

यद्यपि नोजल मीटर और वेंचुरीमीटर के लिए निर्वहन के गुणांक की अधिकतम सीमा समान प्रतीत होती है, लेकिन नोजल मीटर के लिए निर्वहन के गुणांक का औसत मान वेंचुरीमीटर से कम होता है

स्पष्टीकरण:

एक स्थिरोष्म प्रवाह वह स्थिति है जहाँ कुल ऊष्मा स्थानांतरण परस्पर क्रिया प्रणाली की सीमा पर और आस-पास शून्य होती है।

• यदि प्रणाली की सीमा पूर्ण रूप से वायुमंडल के साथ विद्युत-रोधित होती है, तो ऊष्मा परस्पर क्रिया शून्य होगी।
• और एक नोजल एक स्थिर-अवस्था वाला प्रवाह उपकरण है जो इसके दबाव की कीमत पर एक उच्च वेग द्रव प्रवाह बनाता है।
• नोज़ल पूर्ण रूप से विद्युत-रोधित होता है इसलिये प्रवाह स्थिरोष्म होता है और साथ ही इसमें कोई गतिमान भाग नहीं होता है इसलिए शाफ़्ट का कार्य भी शून्य होता है।

स्थिर प्रवाह ऊर्जा समीकरण से, 

\({h_1} + \frac{{C_1^2}}{2} + {z_1}g + \frac{{\partial Q}}{{dm}} = {h_2} + \frac{{C_2^2}}{2} + {z_2}g + \frac{{\partial W}}{{dm}}\)

चूँकि स्थितिज ऊर्जा में परिवर्तन सदैव शून्य होता है।

\({h_1} + \frac{{C_1^2}}{2} = {h_2} + \frac{{C_2^2}}{2} \)

स्पष्टीकरण:

भाप नोज़ल:

भाप नोज़ल भिन्न अनुप्रस्थ-काट का एक मार्ग होता है जो भाप की ऊष्मा ऊर्जा को गतिज ऊर्जा में परिवर्तित करता है। भाप नोज़ल में मुख्य अनुप्रयोग भाप टरबाइन में होता है जो उच्च वेग के साथ भाप का एक जेट उत्पादित करता है।

• नोजल के सबसे छोटे हिस्से को कंठनाली कहा जाता है।
• भाप उच्च दबाव और नगण्य वेग के साथ नोजल में प्रवेश करती है। लेकिन एक उच्च वेग और न्यून दबाव के साथ नोजल छोड़ देता है।
• दबाव, जिस पर भाप नोजल छोड़ता है, पश्च-दबाव के रूप में जाना जाता है।
• नोजल के माध्यम से प्रवाह के दौरान भाप द्वारा कोई ऊष्मा की आपूर्ति या अस्वीकार नहीं किया जाता है। इसलिए इसे एक स्थिरोष्म प्रवाह माना जाता है, और इसी विस्तार को स्थिरोष्म विस्तार माना जाता है।

निम्नलिखित तीन प्रकार के नोज़ल हैं:

(1) अभिसारी नोज़ल:

जब एक नोजल का अनुप्रस्थ काट प्रवेश द्वार से बाहर निकलने के लिए लगातार कम हो जाता है, तो इसे अभिसारी नलिका कहा जाता है।

(2) अपसारी नोज़ल:

जब एक नोजल का अनुप्रस्थ काट प्रवेश द्वार से बाहर निकलने के लिए लगातार बढ़ता है, तो इसे एक विचलन नोजल कहा जाता है।

(3) अभिसारी -अपसारी नोज़ल:

जब किसी नोजल का अनुप्रस्थ काट पहले उसके प्रवेश द्वार से कंठनाली तक कम हो जाता है और फिर उसके कंठनाली से बाहर निकलने तक बढ़ जाता है, तो इसे अभिसारी-अपसारी नलिका कहा जाता है। इस प्रकार के नोजल का उपयोग इन दिनों विभिन्न प्रकार के भाप टरबाइनों में व्यापक रूप से किया जाता है।

Additional Information

जहां, δQ = ऊष्मा में परिवर्तन, δW = कार्य में परिवर्तन, du = आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन, h = एन्थैल्पी।

संकल्पना:

नोज़ल: नोजल एक गैर-कार्य-उत्पादक उपकरण है जिसमें दाब ऊर्जा के व्यय पर पदार्थ की गतिज ऊर्जा में वृद्धि होती है।

नोज़ल के लिए स्थिर प्रवाह ऊर्जा समीकरण:

\(h_1 + \frac{V_1^2}{2} = h_2 + \frac{V_2^2}{2} \)

\(h_1 - h_2 + \frac{V_1^2}{2} = \frac{V_2^2}{2}\)

जहाँ h₁ - h₂ = एन्थैल्पी पात, V₁ = अंतर्गम पर पदार्थ का वेग, V₂ = निर्गम पर पदार्थ का वेग

गणना:

दिया गया है:

h1 - h2 = 180 kJ/kg

अंतर्गम वेग नगण्य है। इस प्रकार, V₁ = 0

नोजल के स्थिर प्रवाह ऊर्जा समीकरण में सभी मान रखने पर,

\(180000 = \frac{V_2^2}{2}\)

V₂² = 360000

V2 = 600 m/s

वायु का निकास वेग 600 m/s है।

अवधारणा:

नोजल पर धारा का वेग

\(U=\sqrt {2gH} \)

\(H={U^2\over 2g}\)

गति का समीकरण

V2 = U2 - 2gh

जहां U नोजल पर धारा का प्रारंभिक वेग है, V धारा का अंतिम वेग है, H नोजल के आउटलेट पर वेग शीर्ष है, h धारा द्वारा पहुंचाई गई ऊंचाई है, g गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण है

गणना:

दिया हुआ:

H = 10 m।

नोजल पर धारा का वेग

\(H={U^2\over 2g}\)

U2 = 20 × g

गति का समीकरण

V2 = U2 - 2gh

उपरोक्त समीकरण में U² का मान रखने पर भी ऊँचाई h पर अंतिम वेग 0 होगा (अर्थात v = 0)।

20g = 2g × h

h = 10 m

नोट: बिना किसी हानि के, वेग शीर्ष = धारा द्वारा प्राप्त ऊँचाई