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

व्याख्या:

उत्क्रमित ब्रेटन चक्र:

• वायु प्रशीतन प्रणाली गैस चक्र प्रशीतन प्रणाली के वर्ग से संबंधित हैं, जिसमें एक गैस को कार्यशील द्रव के रूप में उपयोग किया जाता है।
• चक्र के दौरान गैस किसी भी प्रावस्था परिवर्तन से नहीं गुजरती है, फलस्वरूप, सभी आंतरिक ऊष्मा स्थानांतरण प्रक्रियाएँ संवेदनशील ऊष्मा स्थानांतरण प्रक्रियाएँ हैं।
• वायु प्रशीतन प्रणाली उत्क्रमित ब्रेटन चक्र या बेल-कोलमैन चक्र पर कार्य करती है।
• पहले वायु को संपीड़ित किया जाता है और फिर ऊष्मा निकाली जाती है, इस वायु को फिर संपीड़ित होने से पहले की तुलना में कम तापमान पर प्रसारित किया जाता है। प्रसार के दौरान वायु से कार्य लिया जाना चाहिए, अन्यथा, एन्ट्रापी बढ़ जाएगी।

उपरोक्त चक्र को उत्क्रमित ब्रेटन चक्र के रूप में जाना जाता है, जिसे बेल कोलमैन चक्र भी कहा जाता है। इसलिए हम कह सकते हैं कि वायु प्रशीतन प्रणाली बेल कोलमैन चक्र पर कार्य करती है।

नोट:

• गैस टरबाइन जूल चक्र पर कार्य करता है।
• भाप इंजन रैंकिन चक्र पर कार्य करते हैं।
• स्पार्क इग्निशन (SI) इंजन या पेट्रोल इंजन ऑटो चक्र पर कार्य करते हैं।
• कार्नो चक्र सबसे कुशल ऊष्मा इंजन चक्र है।
• प्रशीतक और AC वाष्प संपीड़न चक्र पर कार्य करते हैं।
• वायु प्रशीतन प्रणाली बेल कोलमैन चक्र पर कार्य करती है।

अवधारणा:

• बेल कोलमैन चक्र को प्रतिवर्ती ब्रेटन चक्र या प्रतिवर्ती जूल चक्र के रूप में भी जाना जाता है।
• बेल कोलमैन प्रशीतन चक्र का कार्यशील द्रव वायु है।
• प्रशीतन की इस प्रणाली का उपयोग एयर क्राफ्ट प्रशीतन के लिए किया जाता है और इसका वजन हल्का होता है।

जहाँ,

1. प्रक्रिया 1 - 2: आइसेंट्रोपिक संपीड़न
2. प्रक्रिया 2 - 3: सतत दबाव ऊष्मा अस्वीकृति
3. प्रक्रिया 3 - 4: आइसेंट्रोपिक विस्तार
4. प्रक्रिया 4 - 1: सतत दबाव ऊष्मा अवशोषण

• बेल-कोलमैन चक्र चरणों के अनुक्रम का अनुसरण करता है। इसकी शुरुआत कम तापमान और कम दबाव वाली हवा से होती है। हवा को समउष्णकटिबंधीय रूप से संपीड़ित किया जाता है, जिससे इसका तापमान और दबाव दोनों बढ़ जाता है। इसके बाद, हवा एक आइसोबैरिक शीतलन प्रक्रिया से गुजरती है जहां ऊष्मा को खारिज कर दिया जाता है और हवा को एक स्थिर दबाव पर ठंडा किया जाता है, जो कि वही दबाव है जो आइसेंट्रोपिक संपीड़न के अंत में था।
• इसके बाद, उच्च दबाव वाली हवा विस्तार प्रक्रिया में प्रवेश करती है। यह आइसेंट्रोपिक विस्तार, जिसे थ्रॉटलिंग भी कहा जाता है, एक स्थिर एन्थैल्पी पर हवा को और ठंडा करता है। इस प्रक्रिया के दौरान हवा का दबाव कम हो जाता है। यह वह जगह है जहां तापमान काफी गिर जाता है और प्रशीतन प्रभाव प्रदान करता है।
• विस्तार प्रक्रिया के बाद, हवा प्रशीतित स्थान से सतत दबाव पर ऊष्मा को अवशोषित करती है और अपने प्रारंभिक निम्न तापमान और दबाव पर लौट आती है।
• इसलिए, हम कह सकते हैं कि आइसेंट्रोपिक संपीड़न के अंत में दबाव बेल-कोलमैन चक्र में आइसेंट्रोपिक विस्तार की शुरुआत में दबाव के समान है। दूसरे शब्दों में, संपीड़न और विस्तार प्रक्रियाओं को सतत दबाव ऊष्मा अस्वीकृति प्रक्रिया द्वारा अलग किया जाता है।

संकल्पना:

• बेल कोलमैन चक्र को उत्क्रमित ब्रेटन चक्र या उत्क्रमित जूल चक्र के रूप में भी जाना जाता है। 
• बेल कोलमैन प्रशीतन चक्र का कार्यशील द्रव वायु है।
• प्रशीतन की इस प्रणाली का उपयोग वायुयान प्रशीतन के लिए किया जाता है और इसका वजन हल्का होता है।

जहाँ,

1. प्रक्रिया 1 - 2: समएंट्रॉपिक संपीड़न
2. प्रक्रिया 2 - 3: नियत दाब ऊष्मा अस्वीकृति
3. प्रक्रिया 3 - 4: समएंट्रॉपिक विस्तार
4. प्रक्रिया 4 - 1: नियत दाब ऊष्मा अवशोषण

• चक्र में अधिकतम तापमान समएंट्रॉपिक संपीड़न प्रक्रिया के अंत में प्राप्त होता है। समएंट्रॉपिक या रूद्धोष्म संपीड़न वह प्रक्रिया है, जहाँ प्रशीतक को परिवेश के साथ किसी भी ताप विनिमय के बिना संपीड़ित किया जाता है। प्रशीतक पर किए गए संपीड़न कार्य के कारण, इसका दाब और तापमान बढ़ जाता है, जो इस संपीड़न प्रक्रिया के अंत में अधिकतम तक पहुँच जाता है।
• एक बार जब संपीड़ित प्रशीतक ठंडे स्थान पर पहुँच जाता है, तो निरंतर दाब शीतलन प्रक्रिया के दौरान इसका तापमान कम हो जाता है। इसके बाद यह विस्तार सिलेंडर में समउष्णकटिबंधीय रूप से फैलता है, जिसके परिणामस्वरूप इसका दाब और तापमान दोनों कम हो जाते हैं। निरंतर दाब तापन प्रक्रिया के दौरान, ऊष्मा दी जाती है या अवशोषित की जाती है, लेकिन तापमान समएंट्रॉपिक संपीड़न के अंत में प्राप्त अधिकतम से अधिक नहीं होता है।

स्पष्टीकरण:

वायु प्रशीतन:

• वायु प्रशीतन प्रणाली गैस चक्र प्रशीतन प्रणाली के वर्ग से संबंधित है, जिसमें एक गैस का उपयोग कार्यशील द्रव के रूप में किया जाता है।
• वायु प्रशीतन प्रणाली जूल चक्र या विपरित ब्रेटन चक्र या बेल-कोलमैन चक्र पर काम करता है।

विमान के प्रशीतन प्रणाली के लिए वायु चक्र अनुकूल है क्योंकि:

• गैस चक्र के दौरान किसी भी चरण परिवर्तन से नहीं गुजरती है, परिणामस्वरूप सभी आंतरिक ऊष्मा हस्तांतरण प्रक्रिया प्रत्यक्ष ऊष्मा हस्तांतरण प्रक्रियाएं हैं ।
• वायु गैर-ज्वलनशील होती है, इसलिए मशीन में NH3 का प्रशीतन के रूप में उपयोग करने से आग का कोई खतरा नहीं है।
• सस्ता आसानी से उपलब्ध।
• प्रति टन प्रशीतन की शक्ति VCRS प्रणाली से अधिक है।
• वायु और रिक्ति के कम घनत्व के कारण प्रशीतन का प्रति टन वजन कम होता है और आवश्यक मात्रा कम होती है।
• प्रशीतक के रूप में हवा के साथ रिसाव की एक छोटी मात्रा सहनीय है।
• केबिन के दबाव और वायु प्रशीतन को एक संचालन में जोड़ा जा सकता है।

वर्णन:

बेल-कोलेमन चक्र या विपरीत ब्रेटन चक्र:

जहाँ, 

प्रक्रिया 1-2: समएंट्रॉपिक संपीडन

प्रक्रिया 2-3: स्थिरांक दबाव वाली ऊष्मा अस्वीकृति

प्रक्रिया 3-4: समएंट्रॉपिक विस्तार

प्रक्रिया 4-1: स्थिर दबाव ऊष्मा अवशोषण

T - S आरेख हवाई जहाज के वायु शीतलन में प्रयोग किये जाने वाले विपरीत ब्रेटन चक्र को दर्शाता है जहाँ वायु का प्रयोग प्रशीतक के रूप में किया जाता है। 

विपरीत कार्नोट चक्र:

वाष्प संपीडन प्रशीतन चक्र:

संकल्पना:

• बेल-कोलमैन चक्र को विपरीत ब्रेटन चक्र या विपरीत जूल चक्र के रूप में भी जाना जाता है। 
• बेल-कोलमैन प्रशीतन चक्र का कार्यरत तरल पदार्थ वायु है। 
• प्रशीतन की इस प्रणाली का प्रयोग विमान प्रशीतन के लिए किया जाता है और यह हल्के वजन वाला होता है। 
• ​

जहाँ,

1. प्रक्रिया 1 - 2: समऐन्ट्रॉपिक संपीडन 
2. प्रक्रिया 2 - 3: स्थिर दबाव ऊष्मा अस्वीकृति
3. प्रक्रिया 3 - 4: समऐन्ट्रॉपिक विस्तार
4. प्रक्रिया 4 - 1: स्थिर दबाव ऊष्मा अवशोषण

वायु प्रशीतन प्रणाली और बेल-कोलमैन चक्र या विपरीत ब्रेटन चक्र:

• वायु प्रशीतन प्रणाली में वायु को वायुमंडल से संपीडक में लिया जाता है और सम्पीड़ित किया जाता है। 
• तप्त सम्पीड़ित वायु को वायुमंडलीय तापमान (आदर्श स्थितियों में) तक ऊष्मा विनियामक में ठंडा किया जाता है। 
• शीतित वायु को फिर एक प्रसारित्र में विस्तृत किया जाता है। प्रसारित्र से आने वाले वायु का तापमान समऐन्ट्रॉपिक विस्तार के कारण वायुमंडलीय तापमान से नीचे होता है। 
• प्रसारित्र से बाहर निकलने वाला निम्न-तापमान वाला वायु उद्वाष्पक में प्रवेश करता है और ऊष्मा को अवशोषित करता है। चक्र पुनरावृत्तीय होता है।

व्याख्या:

• वायु प्रशीतन प्रणाली गैस चक्र प्रशीतन प्रणाली के श्रेणी से संबंधित है, जिसमें एक गैस का उपयोग कार्यरत तरल पदार्थ के रूप में किया जाता है।
• गैस चक्र के दौरान किसी फेज परिवर्तन से नहीं गुजरता है, साथ ही, सभी आंतरिक ऊष्मा स्थानांतरण प्रक्रियाएँ संवेदी ऊष्मा स्थानांतरण प्रक्रियाएँ होती हैं।
• वायु प्रशीतन प्रणाली जूल चक्र या विपरीत ब्रेटन चक्र या बेल-कोलमैन चक्र पर कार्य करती है।
• सर्वप्रथम वायु संपीडित होता है और फिर ऊष्मा को निकाला जाता है, तो पहले संपीड़ित वायु की तुलना में इस हवा को कम तापमान तक विस्तारित किया जाता है। कार्य को विस्तार के दौरान वायु से बाहर निकाला जाना चाहिए, अन्यथा एंट्रॉपी बढ़ेगी।

उपरोक्त-उल्लेखित चक्र को विपरीत ब्रेटन चक्र के रूप में जाना जाता है, जिसे बेल-कोलमैन चक्र के रूप में भी जाना जाता है। इसलिए हम कह सकते हैं कि वायु प्रशीतन प्रणाली बेल-कोलमैन चक्र पर कार्य करती है।

सूचना:

• गैस टरबाइन जूल चक्र पर कार्य करती है।
• भाप इंजन रैंकिन चक्र पर कार्य करती है।
• स्पार्क ज्वलन (SI) इंजन या पेट्रोल इंजन ऑटो चक्र पर कार्य करता है।
• कार्नो चक्र सबसे दक्ष ऊष्मा इंजन चक्र है।
• रेफ्रीजिरेटर और AC वाष्प संपीडन चक्र पर कार्य करता है।
• वायु प्रशीतन प्रणाली बेल-कोलमैन चक्र पर कार्य करता है।

संकल्पना:

चक्र के विभिन्न तापमान के बीच संबंध समऐन्ट्रॉपिक संबंध द्वारा प्रदान किया गया है जो संपीडन और विस्तार प्रक्रियाओं दोनों के लिए लागू होता है:

\({r_p} = \frac{{{P_2}}}{{{P_1}}} = {\left( {\frac{{{T_2}}}{{{T_1}}}} \right)^{\frac{\gamma }{{\gamma - 1}}}} = {\left( {\frac{{{T_3}}}{{{T_4}}}} \right)^{\frac{\gamma }{{\gamma - 1}}}}\)

\(\frac{{{T_2}}}{{{T_1}}} = \frac{{{T_3}}}{{{T_4}}}\;or\;\frac{{{T_2}}}{{{T_3}}} = \frac{{{T_1}}}{{{T_4}}}\)

\({\rm{COP}} = \frac{{{\rm{Refrigeration\;effect}}}}{{{\rm{Net\;work\;input}}}} = \frac{{{\rm{Heat\;added}}}}{{{\rm{Net\;work\;input}}}}\)

प्रशीतक प्रभाव: Q1 = Cp(T1 – T4)

संपीडक कार्य, W1 = Cp(T2 – T1)

टरबाइन कार्य, W2 = Cp(T3 – T4)

\(COP = \frac{{{Q_1}}}{{{W_1} - {W_2}}} = \frac{{\left( {{T_1} - {T_4}} \right)}}{{\left( {{T_2} - {T_1}} \right) - \left( {{T_3} - {T_4}} \right)}} = \frac{{\left( {{T_1} - {T_4}} \right)}}{{\left( {{T_2} - {T_3}} \right) - \left( {{T_1} - {T_4}} \right)}} = \frac{1}{{\frac{{{T_2} - {T_3}}}{{{T_1} - {T_4}}} - 1}}\)

\(COP = \frac{1}{{\frac{{{T_2} - {T_3}}}{{{T_1} - {T_4}}} - 1}} = \frac{1}{{\frac{{{T_3}}}{{{T_4}}}\left( {\frac{{\frac{{{T_2}}}{{{T_3}}} - 1}}{{\frac{{{T_1}}}{{{T_4}}} - 1}}} \right) - 1}} = \frac{1}{{\frac{{{T_3}}}{{{T_4}}} - 1}} = \frac{1}{{{{\left( {{r_p}} \right)}^{\frac{{\gamma - 1}}{\gamma }}} - 1}}\)

\(COP = \frac{1}{{{{\left( {{r_p}} \right)}^{\frac{{\gamma - 1}}{\gamma }}} - 1}}\)

स्पष्टीकरण:

वायु प्रशीतन:

• वायु प्रशीतन प्रणाली गैस चक्र प्रशीतन प्रणाली के वर्ग से संबंधित है, जिसमें एक गैस का उपयोग कार्यशील द्रव के रूप में किया जाता है।
• वायु प्रशीतन प्रणाली जूल चक्र या विपरित ब्रेटन चक्र या बेल-कोलमैन चक्र पर काम करता है।

विमान के प्रशीतन प्रणाली के लिए वायु चक्र अनुकूल है क्योंकि:

• गैस चक्र के दौरान किसी भी चरण परिवर्तन से नहीं गुजरती है, परिणामस्वरूप सभी आंतरिक ऊष्मा हस्तांतरण प्रक्रिया प्रत्यक्ष ऊष्मा हस्तांतरण प्रक्रियाएं हैं ।
• वायु गैर-ज्वलनशील होती है, इसलिए मशीन में NH3 का प्रशीतन के रूप में उपयोग करने से आग का कोई खतरा नहीं है।
• सस्ता आसानी से उपलब्ध।
• प्रति टन प्रशीतन की शक्ति VCRS प्रणाली से अधिक है।
• वायु और रिक्ति के कम घनत्व के कारण प्रशीतन का प्रति टन वजन कम होता है और आवश्यक मात्रा कम होती है।
• प्रशीतक के रूप में हवा के साथ रिसाव की एक छोटी मात्रा सहनीय है।
• केबिन के दबाव और वायु प्रशीतन को एक संचालन में जोड़ा जा सकता है।

अवधारणा:

बेल कोलमैन या प्रत्यावर्तित ब्रेटन चक्र: इस चक्र में दो समदाबी और दो समएन्ट्रॉपिक प्रक्रियाएँ हैं जो इस प्रकार हैं:

• 1-2 समएन्ट्रॉपिक संपीड़न
• 2-3 स्थिर दबाव ऊष्मा अस्वीकृति
• 3-4 समएन्ट्रॉपिक विस्तार
• 4-1 स्थिर दबाव ऊष्मा जोड़। बिंदु 1 और 2 पर दबाव बराबर होता है ⇒ P ₁ = P ₄

बिंदु 3 और 4 पर दबाव समान है ⇒ P ₂ = P ₃  

समएन्ट्रॉपिक प्रक्रिया में: \(PV^{\gamma} = Constant\) , \(TV^{\gamma\ -\ 1} = Constant\) \(T\propto P^{\frac{\gamma\ -\ 1}{\gamma}} \) \(RC = \dot{m}\times RE\) , \(\dot{m} = 1\ Kg/s\)

प्रशीतन प्रभाव (RE) = Cp (T1 - T4) kJ/Kg

प्रशीतन क्षमता \({\tfrac{T_4}{T_3}} = \left ({\frac{P_4}{P_3}}\right )^{\frac{\gamma\ -\ 1}{\gamma}}\) kW

प्रति घंटे 1 टन प्रशीतन = 3.5 kW

गणना:

दिया हुआ:

P1 = P4 = 1 बार, P2 = P3 = 7 बार, T1 = 5 °C = 5 + 273  = 278 K, T3 = 25 °C = 25 + 273 = 298 K

\(\dot{m} = 1\ Kg/s\) γ = 1.4 cp = 1.005 kJ/kg-K,  70.286 = 1.745

(RE) = Cp (T1 - T4)

3 और 4 के बीच समएन्ट्रॉपिक संबंध लागू करें

\({\tfrac{T_4}{T_3}} = \left ({\frac{P_4}{P_3}}\right )^{\frac{\gamma\ -\ 1}{\gamma}}\)

\({\tfrac{T_4}{298}} = \left ({\frac{1}{7}}\right )^{\frac{1.4\ -\ 1}{1.4}}\) ⇒ \({T_4} = 298\times\left ({\frac{1}{7}}\right )^{0.286}\)

T4 = 170.77 K

RC = 1 x 1.005 (278 - 170.77) = 107.76 KW

चूँकि 1TR = 3.5 kW

\(RC = \frac{107.76}{3.5} = 30.79\ TR\)

इसलिए निकटतम उत्तर विकल्प (2) 30.6 TR है

स्पष्टीकरण:

• बेल-कोलमैन चक्र को विपरीत ब्रेटन चक्र या विपरीत जूल चक्र के रूप में भी जाना जाता है। 
• बेल-कोलमैन प्रशीतन चक्र का कार्यरत तरल पदार्थ वायु है। 
• प्रशीतन की इस प्रणाली का प्रयोग विमान प्रशीतन के लिए किया जाता है और यह हल्के वजन वाला होता है। 

​

जहाँ,

1. प्रक्रिया 1 - 2: समऐन्ट्रॉपिक संपीडन 
2. प्रक्रिया 2 - 3: स्थिर दबाव ऊष्मा अस्वीकृति
3. प्रक्रिया 3 - 4: समऐन्ट्रॉपिक विस्तार
4. प्रक्रिया 4 - 1: स्थिर दबाव ऊष्मा अवशोषण

वर्णन:

बेल-कोलमैन चक्र या विपरीत ब्रेटन चक्र:

जहाँ,

प्रक्रिया 1-2: समऐन्ट्रॉपिक संपीडन

प्रक्रिया 2-3: स्थिर दबाव ऊष्मा अस्वीकृति

प्रक्रिया 3-4: समऐन्ट्रॉपिक विस्तार

प्रक्रिया 4-1: स्थिर दबाव ऊष्मा अवशोषण

T - S आरेख हवाईजहाज के वायु शीतलन में प्रयोग किये जाने वाले एक विपरीत ब्रेटन चक्र को दर्शाता है जहाँ वायु का प्रयोग प्रशीतक के रूप में किया जाता है। 

विपरीत कार्नोट चक्र:

वाष्प संपीडन प्रशीतन चक्र:

संकल्पना:

• बेल कोलमैन चक्र को उत्क्रमित ब्रेटन चक्र या उत्क्रमित जूल चक्र के रूप में भी जाना जाता है। 
• बेल कोलमैन प्रशीतन चक्र का कार्यशील द्रव वायु है।
• प्रशीतन की इस प्रणाली का उपयोग वायुयान प्रशीतन के लिए किया जाता है और इसका वजन हल्का होता है।

जहाँ,

1. प्रक्रिया 1 - 2: समएंट्रॉपिक संपीड़न
2. प्रक्रिया 2 - 3: नियत दाब ऊष्मा अस्वीकृति
3. प्रक्रिया 3 - 4: समएंट्रॉपिक विस्तार
4. प्रक्रिया 4 - 1: नियत दाब ऊष्मा अवशोषण

• चक्र में अधिकतम तापमान समएंट्रॉपिक संपीड़न प्रक्रिया के अंत में प्राप्त होता है। समएंट्रॉपिक या रूद्धोष्म संपीड़न वह प्रक्रिया है, जहाँ प्रशीतक को परिवेश के साथ किसी भी ताप विनिमय के बिना संपीड़ित किया जाता है। प्रशीतक पर किए गए संपीड़न कार्य के कारण, इसका दाब और तापमान बढ़ जाता है, जो इस संपीड़न प्रक्रिया के अंत में अधिकतम तक पहुँच जाता है।
• एक बार जब संपीड़ित प्रशीतक ठंडे स्थान पर पहुँच जाता है, तो निरंतर दाब शीतलन प्रक्रिया के दौरान इसका तापमान कम हो जाता है। इसके बाद यह विस्तार सिलेंडर में समउष्णकटिबंधीय रूप से फैलता है, जिसके परिणामस्वरूप इसका दाब और तापमान दोनों कम हो जाते हैं। निरंतर दाब तापन प्रक्रिया के दौरान, ऊष्मा दी जाती है या अवशोषित की जाती है, लेकिन तापमान समएंट्रॉपिक संपीड़न के अंत में प्राप्त अधिकतम से अधिक नहीं होता है।

वर्णन:

वायु प्रशीतन:

• वायु प्रशीतन प्रणाली गैस चक्र प्रशीतन प्रणालियों की एक श्रेणी से संबंधित होती है, जिसमें गैस का प्रयोग कार्यरत तरल पदार्थ के रूप में किया जाता है। 
• वायु प्रशीतन प्रणाली जूल चक्र या विपरीत ब्रेटन चक्र या बेल कोलमैन चक्र पर कार्य करता है। 

वायु चक्र विमान प्रशीतन प्रणाली के लिए अनुकूल होते हैं क्योंकि:

• गैस चक्र के दौरान किसी भी चरण परिवर्तन से नहीं गुजरता है, जिसके परिणामस्वरूप सभी आंतरिक ऊष्मा स्थानांतरण प्रक्रियाएँ संवेदी ऊष्मा स्थानांतरण प्रक्रिया होती है। 
• वायु गैर-ज्वलनशील होता है, इसलिए प्रशीतक के रूप में NH3 का उपयोग करने पर मशीन में आग लगने का कोई खतरा नहीं होता है। 
• आसानी से उपलब्ध होने के कारण सस्ता होता है। 
• प्रशीतन की प्रति टन शक्ति VCRS प्रणाली की तुलना में उच्च होती है। 
• प्रशीतन की प्रति टन वजन वायु के निम्न घनत्व के कारण कम होती है तथा आवश्यक स्थान और आयतन कम होता है। 
• रिसाव की एक छोटी मात्रा प्रशीतक के रूप में वायु के साथ सहनीय होता है। 
• कक्ष दबाव और वातानुकूलन को एक संचालन में संयोजित किया जा सकता है।