Otto Cycle MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Otto Cycle - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

अवधारणा:

ऑटो चक्र की तापीय दक्षता:

संपीडन अनुपात: r = v1/v2

निष्कर्ष:

ऊपर दिए गए समीकरण से, यह देखा जा सकता है कि ऑटो चक्र की दक्षता मुख्य रूप से दिए गए Cp और Cv के अनुपात अर्थात विशिष्ट ऊष्माओं के अनुपात के लिए संपीडन अनुपात का फलन है।

व्याख्या:

आदर्श चार-स्ट्रोक पेट्रोल इंजन

• एक आदर्श चार-स्ट्रोक पेट्रोल इंजन ओटो चक्र पर काम करता है, जिसमें चार अलग-अलग स्ट्रोक होते हैं: सेवन, संपीड़न, पावर (प्रसार), और निकास। ऐसे इंजन में, शक्ति स्ट्रोक वह जगह है जहाँ वायु-ईंधन मिश्रण का दहन होता है, जिससे कार्य करने के लिए ऊर्जा निकलती है। एक आदर्श इंजन में पावर स्ट्रोक के दौरान दहन प्रक्रिया के बारे में की गई मान्यता इसकी दक्षता और संचालन को समझने के लिए महत्वपूर्ण है।

मान्यता की व्याख्या:

• TDC पर तात्कालिक दहन की मान्यता यह सुनिश्चित करने के लिए की जाती है कि दहन प्रक्रिया स्थिर आयतन पर होती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि, TDC पर, पिस्टन दिशा बदलने से पहले पल के लिए रुक जाता है, और इस संक्षिप्त क्षण के दौरान, दहन कक्ष का आयतन स्थिर रहता है।
• वास्तव में, दहन में एक सीमित समय लगता है, और वास्तविक दहन प्रक्रिया के दौरान पिस्टन पहले ही नीचे की ओर बढ़ रहा होता है। हालांकि, आदर्श चक्र विश्लेषण के लिए, इस सीमित समय को उपेक्षित कर दिया जाता है, और प्रक्रिया को इस तरह से मॉडल किया जाता है जैसे कि यह स्थिर आयतन पर तात्कालिक रूप से होता है।
• यह मान्यता ओटो चक्र के ऊष्मागतिकीय विश्लेषण को सरल बनाने की अनुमति देती है, जिससे तापीय दक्षता, कार्य उत्पादन और ऊष्मा इनपुट जैसे मापदंडों की गणना करना आसान हो जाता है।

संकल्पना:

एक आदर्श ऑटो चक्र में, यदि समदैसिक संपीडन की शुरुआत और अंत में तापमान ज्ञात हैं, तो वायु-मानक दक्षता है:

दिया गया है:

• प्रारंभिक तापमान,
• अंतिम तापमान,

गणना:

संकल्पना:

एक आदर्श ऑटो चक्र की वायु-मानक दक्षता है:

दिया गया है:

, ,

चरण 1: संपीड़न अनुपात ज्ञात कीजिए

चरण 2: दक्षता

संकल्पना:

ऑटो चक्र का संपीड़न अनुपात जो प्रति इकाई द्रव्यमान कार्य उत्पाद को अधिकतम करता है, दिए गए तापमान सीमाओं T₃ (ऊपरी) और T₁ (निचली) के बीच ऊष्मागतिकी प्रक्रियाओं का विश्लेषण करके निर्धारित किया जाता है, विशिष्ट ऊष्मा के अनुपात (γ) पर विचार करते हुए।

दिया गया है:

• ऊपरी तापमान सीमा:
• निचली तापमान सीमा:
• विशिष्ट ऊष्मा का अनुपात:

चरण 1: तापमानों को संपीड़न अनुपात से संबंधित करें

समएंट्रोपी संपीड़न (1→2) के लिए:

समएंट्रोपी प्रसार (3→4) के लिए:

चरण 2: अधिकतम कार्य उत्पाद के लिए स्थिति स्थापित करें

इष्टतम संपीड़न अनुपात तब होता है जब:

चरण 3: इष्टतम संपीड़न अनुपात प्राप्त करें

समएंट्रोपी संबंधों को मिलाकर:

हालांकि, प्रति इकाई द्रव्यमान अधिकतम कार्य उत्पाद के लिए, सही संबंध है:

संकल्पना:

इंजन की क्षमता निम्न द्वारा दी गई है:

इंजन की क्षमता = निर्धारित आयतन × सिलेंडरों की संख्या (n)

निर्धारित आयतन निम्न द्वारा दिया गया है:

गणना:

दिया हुआ:

d = 4 cm, L = 7 cm, n = 4

निकासी आयतन, Vc ­= 2 cm3

इंजन की क्षमता है:

इंजन की क्षमता = निर्धारित आयतन × सिलेंडरों की संख्या

संकल्पना:

ऑटो चक्र की तापीय दक्षता:

संपीडन अनुपात: r = v₁/v₂

यह दिया गया है कि 

इसकी तुलना व्युत्पन्न समीकरण से करने पर, Ta, T1 के समान है और Tb, T2 के समान है। 

T₂ वह तापमान है जहाँ संपीडन रुक जाता है और स्थिर आयतन ऊष्मा संवर्धन प्रारंभ होता है।

∴ T_b वह तापमान है जहाँ स्थिर आयतन ऊष्मा संवर्धन प्रारंभ होता है।

स्पष्टीकरण:

ओटो चक्र:

(1-2) - व्युत्क्रमणीय स्थिरोष्म संपीड़न

(2-3) - ताप संवर्धन का स्थिर आयतन

(3-4) - व्युत्क्रमणीय स्थिरोष्म विस्तार

(4-1) - ताप अस्वीकरण का स्थिर आयतन

गणना:

दिया गया:

आदर्श परिस्थितियों में हमें अधिकतम कार्य आउटपुट (T₂ = T₄) मिलता है

T1 = TMin और T3 = TMax

गणना:

(1-2) व्युत्क्रमणीय स्थिरोष्म संपीड़न:

(3-4) व्युत्क्रमणीय स्थिरोष्म विस्तार:

आदर्श वाक्य चक्र में: V ₄ = V _1, V ₃ = V ₂

संकल्पना:

ओटो चक्र:

यह स्पार्क प्रज्वलन (SI) इंजन या पेट्रोल इंजन में उपयोग किया जाने वाला मानक वायु चक्र है।

ओटो चक्र में प्रक्रियाएं:

प्रक्रिया 1-2: समएन्ट्रॉपिक संपीड़न

प्रक्रिया 2-3: स्थिर आयतन ऊष्मा परिवर्धन

प्रक्रिया 3-4: समएन्ट्रॉपिक विस्तार

प्रक्रिया 4-1: स्थिर आयतन ऊष्मा अस्वीकृति

स्व-प्रज्वलन तापमान (STI) :

• स्व-प्रज्वलन तापमान सबसे कम तापमान है जिस पर एक डीजल / पेट्रोल एक स्पार्क या लौ की उपस्थिति के बिना खुद को प्रज्वलित करेगा।

• डीजल का स्व-प्रज्वलन तापमान 210°C और पेट्रोल का स्व-प्रज्वलन तापमान 247°C से 280°C तक भिन्न होता है।
• पेट्रोल इंजन में संपीड़न अनुपात (6 –10) होता है और वे प्रज्वलन के स्रोत के लिए स्पार्क प्लग पर निर्भर करते हैं।
• तो, पेट्रोल इंजन में नॉकिंग से बचने के लिए उच्च स्व-प्रज्वलन तापमान ईंधन वांछनीय हैं।

अवधारणा:

T-S आरेख पर एक आदर्श ओटो-चक्र दिखाया गया है

T1 = संपीड़क इनलेट पर तापमान (न्यूनतम तापमान)

T2 = संपीड़क आउटलेट पर तापमान

T3 = ताप वृद्धि के बाद तापमान (अधिकतम तापमान)

T4 = विस्तार के बाद तापमान

1-2 समएन्ट्रॉपिक प्रक्रिया है

 संपीड़न अनुपात है

अधिकतम कार्य आउटपुट के लिए 

गणना:

Tmax = 1800 K, Tmin = 200 K

ताप क्षमता अनुपात, γ = C_p/C_v = 2

ओटो-चक्र में अधिकतम कार्य आउटपुट के लिए:

व्याख्या:

ऑटो चक्र की तापीय क्षमता:

दबाव अनुपात: r = v₁/v₂

निष्कर्ष:

उपर्युक्त समीकरण से, यह देखा जा सकता है कि ऑटो चक्र की दक्षता मुख्य रूप से C_p और C_v के दिए गए अनुपात यानी विशिष्ट ऊष्माओं के अनुपात के लिए संपीड़न अनुपात का फलन है।

सैद्धांतिक ऑटो चक्र की तापीय दक्षता संपीड़न अनुपात और विशिष्ट ऊष्मा अनुपात में वृद्धि के साथ बढ़ जाती है लेकिन ऊष्मा जोड़ से (लोड से स्वतंत्र) स्वतंत्र है।

ऑटो चक्र की दक्षता निम्न द्वारा दी गई है

जैसे  और इसलिए

विकल्प (b), (c) और (d) अपस्फोटन मापदण्ड हैं।

स्पष्टीकरण:

ऑटो चक्र:

वायु-मानक-ऑटो चक्र स्फुलिंग प्रज्वलन के आंतरिक दहन इंजन के लिए आदर्श चक्र है।

ऑटो चक्र वह है जिसमें दो स्थिर आयतन ऊष्मा स्थानांतरण प्रक्रियाएं और दो रूद्धोष्म कार्य स्थानांतरण प्रक्रियाएं होती हैं।

ऑटो चक्र 1-2-3-4 में निम्नलिखित चार प्रक्रियाएँ शामिल हैं

• प्रक्रिया 1-2: वायु का व्युत्क्रमणीय रूद्धोष्म संपीड़न
• प्रक्रिया 2-3: स्थिर आयतन पर ऊष्मा जोड़ 
• प्रक्रिया 3-4: वायु का व्युत्क्रमणीय रूद्धोष्म प्रसार
• प्रक्रिया 4-1: स्थिर आयतन पर ऊष्मा परित्याग

• स्थिर आयतन प्रक्रिया के दौरान ऊष्मा जोड़ और ऊष्मा परित्याग होती है और कोई कार्य स्थानांतरण नहीं होता है।
• रूद्धोष्म प्रक्रियाओं के दौरान [ संपीड़न/ प्रसार] केवल कार्य स्थानांतरण होता है, लेकिन किसी ऊष्मा का स्थानांतरण नहीं होता है।

Important Points

संकल्पना:

संपीड़न अनुपात (r) : इसे संपीड़न से पहले आयतन से संपीड़न के बाद आयतन के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।

जहां Vc और Vs क्रमशः निकासी और वाहित आयतन हैं।

• डीजल इंजन के लिए संपीड़न अनुपात का मूल्य 16: 1 से 22: 1 के बीच होता है जबकि पेट्रोल इंजन के लिए यह 6: 1 से 12: 1 के बीच होता है।
• इसलिए, डीजल इंजन (CI इंजन) डीजल इंजन के मामले में बड़े संपीड़न अनुपात के कारण पेट्रोल इंजन (SI इंजन) से अधिक बड़े और भारी होते हैं।
• इसलिए, समान शक्ति आउटपुट के लिए, डीजल इंजनों के लिए शक्ति से वजन का अनुपात पेट्रोल इंजनों की तुलना में कम है।
• डीजल इंजन में बड़े संपीड़न अनुपात के प्रज्वलन का कारण होता है, प्रज्वलन संपीड़न द्वारा विकसित उच्च तापमान से होता है क्योंकि पेट्रोल या SI इंजन जैसे स्पार्क प्लग नहीं होता है।
• इसके अलावा, जिस फ्लैशप्वाइंट पर ईंधन प्रज्वलित होता है, वह डीजल इंजनों के मामले में अधिक होता है, इसलिए दहन के लिए ईंधन के स्व-प्रज्वलन तापमान का उत्पादन करने के लिए संपीड़न अनुपात पर्याप्त होना चाहिए।

संपीड़न अनुपात (r) : इसे संपीड़न से पहले आयतन से संपीड़न के बाद आयतन के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।

जहां Vc और Vs क्रमशः निकासी और वाहित आयतन हैं।

Important Points

CI इंजन और SI इंजन के बीच अंतर:

व्याख्या:

समान दिए गए संपीडन अनुपात और ऊष्मा इनपुट के लिए चक्रों को समान p-v और T-s आरेख पर खींचा गया है।

η = 1 - ताप अस्वीकृत / ताप आपूर्ति

चूँकि, सभी चक्र एक विशिष्ट मात्रा में उनके ताप का अस्वीकार कर देते हैं, इसलिए प्रक्रिया रेखा चरण 4 से 1 की ओर होती है, प्रत्येक चक्र से अस्वीकार किये गए ताप की मात्रा को उपयुक्त क्षेत्रफल के तहत T-s आरेखा में रेखा 4 से 1 द्वारा दर्शाया जाता है।

चूँकि समीकरण से यह स्पष्ट है की,

जो चक्र न्यूनतम ताप का अस्वीकार करता है, उसमें उच्चतम दक्षता होगी।

इसलिए, ओटो चक्र सबसे अधिक दक्ष है और डीजल चक्र तीन चक्रों में सबसे कम दक्ष है।

{\eta _{dual}} > {\eta _{diesel}}\)

व्याख्या:

पेट्रोल इंजन:

• पेट्रोल इंजन ऑटो चक्र पर काम करता है।
• एक कार्बोरेटर को दहन कक्ष में चलाने के लिए एक सजातीय वायु-ईंधन मिश्रण बनाने के लिए उपयोग किया जाता है।
• स्पार्क प्लग की मदद से ज्वलन होता है इसलिए उन्हें स्फुलिंग ज्वलन(SI) इंजन के रूप में भी जाना जाता है।
• संपीड़न अनुपात पेट्रोल इंजन के लिए 6: 1 से 12: 1 की सीमा में होता है।
• CI इंजनों की तुलना में प्रति इकाई शक्ति उत्पादन के लिए आवश्यक भार कम होता है।

Additional Information

ऑटो चक्र: यह स्फुलिंग ज्वलन (SI) इंजन या पेट्रोल इंजन में उपयोग किया जाने वाला मानक वायु चक्र है। ओटो चक्र को एक स्थिर आयतन चक्र के रूप में भी जाना जाता है, क्योंकि ऊष्मा जोड़ और ऊष्मा परित्याग दोनों स्थिर आयतन पर होते हैं। एक ओटो चक्र में चार प्रक्रियाएँ होती हैं;

प्रक्रिया 2-2: एक रूद्धोष्म (समऐन्ट्रॉपिक) संपीड़न

प्रक्रिया 2-3: एक स्थिर आयतन जोड़

प्रक्रिया 3–4: एक रूद्धोष्म (समऐन्ट्रॉपिक) विस्तार

प्रक्रिया 4-1: एक स्थिर आयतन ऊष्मा परित्याग

रेन्किन चक्र:

रेन्किन चक्र एक प्रत्यावर्ती चक्र है। यह भाप टरबाइन के माध्यम से शक्ति उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है। इसमें दो स्थिर दाब और दो समऐन्ट्रॉपिक प्रक्रियाएं शामिल हैं। रेन्किन चक्र में ये चार प्रक्रियाएँ हैं:

प्रक्रिया 1 - 2: समऐन्ट्रॉपिक संपीड़न

प्रक्रिया 2 - 3: समदाबी ऊष्मा जोड़ 

प्रक्रिया 3 - 4: समऐन्ट्रॉपिक विस्तार

प्रक्रिया 4 - 1: समदाबी ऊष्मा परित्याग

कार्नो चक्र:

एक कार्नो चक्र को एक अव्यवहारिक चक्र के रूप में भी जाना जाता है। इसका उपयोग केवल अन्य वास्तविक चक्रों की तुलना करने के लिए किया जाता है।

कार्नो चक्र में 4 प्रक्रियाएँ होती हैं

प्रक्रिया 2-2: समतापी ऊष्मा जोड़ 

प्रक्रिया 2-3: प्रत्यावर्ती समतापी विस्तार

प्रक्रिया 3–4: समतापी ऊष्मा परित्याग

प्रक्रिया 4-1: प्रत्यावर्ती रूद्धोष्म संपीड़न

जूल चक्र:

गैस टरबाइन ब्रेटन चक्र / जूल चक्र पर काम करते हैं। जूल चक्र में आंतरिक रूप से प्रतिवर्ती चार प्रक्रियाएं होती हैं:

प्रक्रिया1-2 :समऐन्ट्रॉपिक संपीड़न (एक संपीडक में)

प्रक्रिया 2-3: स्थिर दाब ऊष्मा जोड़

प्रक्रिया 3–4: समऐन्ट्रॉपिक विस्तार (एक टरबाइन में)

प्रक्रिया 4-1: स्थिर-दाब ऊष्मा परित्याग