Forced Convection MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Forced Convection - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें
Last updated on Jun 21, 2025
Latest Forced Convection MCQ Objective Questions
Forced Convection Question 1:
प्रणोदित संवहन मुख्य रूप से किसके द्वारा अभिलक्षित होता है?
Answer (Detailed Solution Below)
Forced Convection Question 1 Detailed Solution
व्याख्या:
प्रणोदित संवहन
- प्रणोदित संवहन ऊष्मा स्थानांतरण का एक तंत्र है जिसमें एक द्रव (जैसे हवा, पानी, या कोई अन्य तरल या गैस) को किसी सतह पर या किसी चैनल के माध्यम से बाहरी उपकरण, जैसे पंखे, पंप या ब्लोअर द्वारा प्रवाहित करने के लिए मजबूर किया जाता है। बाहरी उपकरण द्रव में गति उत्पन्न करता है, सतह और द्रव के बीच ऊष्मा के स्थानांतरण की सुविधा प्रदान करता है। बड़ी सतहों या आयतनों पर ऊष्मा को स्थानांतरित करने में इसकी दक्षता के कारण प्रणोदित संवहन का व्यापक रूप से विभिन्न औद्योगिक और इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है।
- प्रणोदित संवहन में, ऊष्मा स्थानांतरण की दर प्राकृतिक संवहन की तुलना में काफी अधिक होती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि बाहरी बल द्रव के वेग को बढ़ाता है, तापीय सीमा परत मोटाई को कम करता है और ऊष्मा स्थानांतरण गुणांक को बढ़ाता है।
- प्रणोदित संवहन में, ऊष्मा स्थानांतरण प्रक्रिया को बढ़ाने के लिए एक बाहरी उपकरण (जैसे पंखा, पंप या ब्लोअर) का उपयोग द्रव में गति को प्रेरित करने के लिए किया जाता है। बाहरी बल द्रव के प्रतिरोध पर काबू पा लेता है, एक नियंत्रित और कुशल ऊष्मा स्थानांतरण तंत्र सुनिश्चित करता है। यह प्रणोदित संवहन को प्राकृतिक संवहन से अलग करता है, जहाँ द्रव गति प्राकृतिक उत्प्लावन बलों द्वारा संचालित होती है। प्रणोदित संवहन में ऊष्मा स्थानांतरण न्यूटन के शीतलन के नियम का पालन करता है, जो कहता है:
Q = h × A × ΔT
जहाँ:
- Q = ऊष्मा स्थानांतरण की दर (W)
- h = संवहनी ऊष्मा स्थानांतरण गुणांक (W/m²·K)
- A = ऊष्मा स्थानांतरण का सतह क्षेत्र (m²)
- ΔT = सतह और द्रव के बीच तापमान अंतर (K)
प्रणोदित संवहन के उदाहरण:
- वायु कंडीशनिंग सिस्टम: हवा को प्रसारित करने के लिए पंखों का उपयोग किया जाता है, जिससे हवा और शीतलन/हीटिंग कॉइल के बीच ऊष्मा का स्थानांतरण बेहतर होता है।
- कार रेडिएटर: एक पंप इंजन और रेडिएटर के माध्यम से शीतलक को प्रसारित करता है, जबकि एक पंखा रेडिएटर से आसपास की हवा में ऊष्मा को फैलाने में मदद करता है।
- ऊष्मा विनिमायक: द्रवों को ऊष्मा विनिमायक के माध्यम से स्थानांतरित करने के लिए पंप और ब्लोअर का उपयोग किया जाता है, जिससे द्रवों के बीच ऊष्मा का स्थानांतरण बढ़ जाता है।
- इलेक्ट्रॉनिक्स कूलिंग: हीट सिंक या सर्किट बोर्ड पर हवा को मजबूर करके इलेक्ट्रॉनिक घटकों को ठंडा करने के लिए पंखों का उपयोग किया जाता है।
Forced Convection Question 2:
निम्नलिखित में से कौन सा बलित संवहन का उदाहरण है?
Answer (Detailed Solution Below)
Forced Convection Question 2 Detailed Solution
व्याख्या:
बलित संवहन
परिभाषा: बलित संवहन ऊष्मा स्थानांतरण का एक तरीका है जिसमें द्रव गति एक बाहरी स्रोत जैसे पंप, पंखे या मिक्सर द्वारा उत्पन्न होती है। यह गति ठोस सतह और द्रव या विभिन्न द्रव परतों के बीच ऊष्मा स्थानांतरण दर को बढ़ाती है। प्राकृतिक संवहन के विपरीत, जहाँ द्रव गति घनत्व भिन्नताओं के कारण उत्प्लावन बलों द्वारा संचालित होती है जो तापमान अंतर के कारण होती हैं, बलित संवहन द्रव प्रवाह बनाने के लिए बाहरी तंत्र पर निर्भर करता है।
कार्य सिद्धांत: बलित संवहन में, एक पंखा या पंप जैसे बाहरी उपकरण सतह पर द्रव को घुमाते हैं, जिससे ऊष्मा स्थानांतरण दर बढ़ जाती है। द्रव की गति तापीय सीमा परत को बाधित करती है, जो ऊष्मा स्थानांतरण सतह के तत्काल आसपास के द्रव की परत होती है जहाँ तापमान प्रवणता महत्वपूर्ण होती है। इस सीमा परत की मोटाई को कम करके, बलित संवहन ऊष्मा स्थानांतरण गुणांक को बढ़ाता है, जिसके परिणामस्वरूप अधिक कुशल ऊष्मा स्थानांतरण होता है।
उदाहरण: दिए गए विकल्पों में से बलित संवहन का सही उदाहरण है "एक पंखे द्वारा कार के रेडिएटर पर उड़ाया गया हवा" (विकल्प 4)। इस मामले में, पंखा रेडिएटर की सतह पर हवा को प्रवाहित करने के लिए मजबूर करता है, जिससे रेडिएटर के भीतर गर्म शीतलक से हवा में ऊष्मा स्थानांतरण बढ़ जाता है। हवा की यह जबरदस्ती गति रेडिएटर की शीतलन दक्षता में काफी सुधार करती है।
लाभ:
- द्रव वेग में वृद्धि के कारण प्राकृतिक संवहन की तुलना में उच्च ऊष्मा स्थानांतरण दर।
- ऊष्मा स्थानांतरण प्रक्रिया पर बेहतर नियंत्रण क्योंकि बाहरी उपकरण (पंखा, पंप, आदि) की गति को समायोजित करके द्रव प्रवाह को नियंत्रित किया जा सकता है।
नुकसान:
- पंखे या पंप जैसे बाहरी उपकरणों को संचालित करने के लिए अतिरिक्त ऊर्जा इनपुट की आवश्यकता होती है।
- प्राकृतिक संवहन प्रणालियों की तुलना में अधिक जटिल सिस्टम डिज़ाइन और उच्च प्रारंभिक लागत।
अनुप्रयोग: बलित संवहन का व्यापक रूप से विभिन्न इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है जहाँ कुशल ऊष्मा स्थानांतरण महत्वपूर्ण है, जैसे कि ऑटोमोटिव शीतलन प्रणाली, एयर कंडीशनिंग इकाइयाँ, हीट एक्सचेंजर और इलेक्ट्रॉनिक उपकरण शीतलन।
अन्य विकल्पों का विश्लेषण:
विकल्प 1: एक स्थिर द्रव परत के माध्यम से ऊष्मा स्थानांतरण
यह विकल्प संवहन के बजाय चालन का वर्णन करता है। चालन में, ऊष्मा स्थानांतरण एक स्थिर माध्यम (ठोस या द्रव) के माध्यम से होता है, ऊर्जा का एक अणु से दूसरे अणु में स्थानांतरण बिना माध्यम के किसी भी थोक आंदोलन के।
विकल्प 2: विद्युत चुम्बकीय तरंगों द्वारा संचरित तापीय ऊर्जा
यह विकल्प विकिरण का वर्णन करता है, संवहन नहीं। विकिरण ऊष्मा स्थानांतरण का एक तरीका है जहाँ तापीय ऊर्जा विद्युत चुम्बकीय तरंगों (जैसे, अवरक्त विकिरण) के रूप में संचरित होती है और संचरण के लिए एक माध्यम की आवश्यकता नहीं होती है।
विकल्प 3: एक गर्म सतह से स्वाभाविक रूप से ऊपर उठने वाली गर्म हवा
यह विकल्प प्राकृतिक संवहन का वर्णन करता है। प्राकृतिक संवहन में, द्रव गति उत्प्लावन बलों के कारण होती है जो तापमान प्रवणताओं के कारण घनत्व अंतर से उत्पन्न होती हैं। गर्म हवा स्वाभाविक रूप से एक गर्म सतह से ऊपर उठती है क्योंकि यह ठंडी आसपास की हवा की तुलना में कम घनी हो जाती है।
विकल्प 5: [रिक्त]
विकल्प 5 के लिए कोई जानकारी प्रदान नहीं की गई है, इसलिए इसका मूल्यांकन नहीं किया जा सकता है।
Forced Convection Question 3:
निम्नलिखित में से कौन सा परिदृश्य बलित संवहन का सबसे अच्छा उदाहरण दर्शाता है?
Answer (Detailed Solution Below)
Forced Convection Question 3 Detailed Solution
व्याख्या:
बलित संवहन
परिभाषा: बलित संवहन ऊष्मा स्थानांतरण का एक तंत्र या प्रकार है जिसमें द्रव गति एक बाह्य स्रोत (जैसे पंप, पंखा, चूषण उपकरण, आदि) द्वारा उत्पन्न होती है। यह प्राकृतिक संवहन से अलग है, जहाँ द्रव गति उत्प्लावन बलों के कारण होती है जो द्रव में तापमान प्रवणता के कारण घनत्व भिन्नताओं के परिणामस्वरूप होती हैं।
कार्य सिद्धांत: बलित संवहन में, बाहरी उपकरण (जैसे पंखा या पंप) सक्रिय रूप से द्रव को गतिमान करता है, जिससे ऊष्मा स्थानांतरण प्रक्रिया में वृद्धि होती है। द्रव की गति उस दर को बढ़ाती है जिस पर ऊष्मा किसी सतह से द्रव में या द्रव से किसी सतह पर स्थानांतरित होती है, यह तापमान अंतर पर निर्भर करता है।
लाभ:
- प्राकृतिक संवहन की तुलना में ऊष्मा स्थानांतरण दर में वृद्धि।
- द्रव प्रवाह की गति और दिशा को नियंत्रित करने की क्षमता के कारण ऊष्मा स्थानांतरण प्रक्रिया पर बेहतर नियंत्रण।
- विभिन्न अनुप्रयोगों में, जैसे इलेक्ट्रॉनिक उपकरण, औद्योगिक प्रक्रियाएँ और HCAC प्रणाली में बेहतर शीतलन या तापन दक्षता।
नुकसान:
- पंखे, पंप या अन्य उपकरणों को संचालित करने के लिए बाहरी शक्ति स्रोत की आवश्यकता होती है।
- प्राकृतिक संवहन प्रणालियों की तुलना में लागू करने के लिए अधिक जटिल और महंगा हो सकता है।
अनुप्रयोग: बलित संवहन का व्यापक रूप से कई अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है, जिसमें इलेक्ट्रॉनिक घटकों का शीतलन, HCAC प्रणाली, वाहन शीतलन प्रणाली और औद्योगिक ऊष्मा परिवर्तक शामिल हैं।
Forced Convection Question 4:
मुक्त संवहन परिदृश्य में रेले संख्या विक्षुब्धता की शुरुआत की भविष्यवाणी करने के लिए आवश्यक है। निम्नलिखित में से कौन-सा आयामहीन समूह रेले संख्या द्वारा दर्शाया गया है?
Answer (Detailed Solution Below)
Forced Convection Question 4 Detailed Solution
व्याख्या:
रेले संख्या:
- रेले संख्या द्रव गतिकी और ऊष्मा हस्तांतरण में एक आयामहीन संख्या है जो संवहन की शुरुआत की भविष्यवाणी करने में महत्वपूर्ण है।
- यह एक द्रव में प्रवाह शासन को दर्शाता है और विशेष रूप से मुक्त संवहन परिदृश्यों में उपयोगी है।
- रेले संख्या तापीय प्रसार, श्यानता, तापीय प्रसारता और संवहन को चलाने वाले तापमान प्रवणता के प्रभावों को जोड़ती है।
- रेले संख्या (Ra) ग्रैशॉफ संख्या (Gr) और प्रांडटल संख्या (Pr) के गुणनफल द्वारा दी जाती है।
गणितीय रूप से, इसे इस प्रकार व्यक्त किया जाता है:
Ra = Gr × Pr
जहाँ:
- Gr ग्रैशॉफ संख्या है, जो द्रव में श्यान बलों के लिए उत्प्लावन के अनुपात का प्रतिनिधित्व करती है।
- Pr प्रांडटल संख्या है, जो संवेग प्रसारता (श्यानता) से तापीय प्रसारता के अनुपात का प्रतिनिधित्व करती है।
कार्य सिद्धांत: मुक्त संवहन परिदृश्य में, द्रव गति उत्प्लावन बलों द्वारा प्रेरित होती है जो द्रव के भीतर तापमान प्रवणता के कारण घनत्व भिन्नताओं के परिणामस्वरूप होती है। रेले संख्या यह निर्धारित करने में मदद करती है कि द्रव प्रवाह लामिना रहेगा या विक्षुब्धता में परिवर्तित होगा। उच्च रेले संख्या विक्षुब्ध प्रवाह की अधिक संभावना को इंगित करती है।
महत्व: इंजीनियरों और वैज्ञानिकों के लिए तापन और शीतलन प्रणाली, वायुमंडल में प्राकृतिक संवहन और भूवैज्ञानिक प्रक्रियाओं जैसे विभिन्न अनुप्रयोगों में द्रवों के तापीय व्यवहार की भविष्यवाणी और विश्लेषण करने के लिए रेले संख्या महत्वपूर्ण है।
Forced Convection Question 5:
नली में प्रक्षुब्ध प्रवाह के लिए नुसेल्ट संख्या की गणना के लिए उपयोग किए जाने वाले डिटस-बोएल्टर समीकरण को Nu = 0.023(Re)m(Pr)n द्वारा दिया गया है। तरल पदार्थों के तापन (जहाँ प्रवाह दिशा के साथ द्रव का तापमान बढ़ता है) के लिए, m और n के मान क्रमशः क्या हैं?
Answer (Detailed Solution Below)
Forced Convection Question 5 Detailed Solution
व्याख्या:
डिटस-बोएल्टर समीकरण:
- एक चिकनी वृत्ताकार नली में पूर्ण रूप से विकसित (हाइड्रोडायनामिक रूप से और तापीय रूप से) प्रक्षुब्ध प्रवाह के लिए, स्थानीय नुसेल्ट संख्या प्रसिद्ध डिटस-बोएल्टर समीकरण से प्राप्त की जा सकती है।
- डिटस-बोएल्टर समीकरण को हल करना आसान है, लेकिन जब द्रव में एक बड़ा तापमान अंतर होता है तो यह कम सटीक होता है और खुरदुरे नलियों (कई व्यावसायिक अनुप्रयोगों) के लिए कम सटीक होता है, क्योंकि इसे चिकनी नलियों के लिए तैयार किया गया है।
- प्रक्षुब्ध बलित संवहन की घटनाएँ इतनी जटिल हैं कि इंजीनियरिंग डिजाइन में व्यवहार में अनुभवजन्य सहसंबंधों का उपयोग किया जाता है।
- नीचे दिया गया डिटस-बोएल्टर समीकरण, 0.7 और 160 के बीच प्रांडल संख्या वाले तरल पदार्थों के लिए रेनॉल्ड्स सादृश्य का विस्तार करता है, समीकरण के दाहिने हाथ की ओर Prn के रूप में एक सुधार कारक से गुणा करके।
Nud =
जहाँ n = 0.4 तापन के लिए (अर्थात Tw > Tb) और n = 0.3 शीतलन के लिए (अर्थात Tw b).
- यह एकसमान दीवार तापमान के साथ-साथ मापदंडों की निम्नलिखित श्रेणियों के भीतर एकसमान ऊष्मा प्रवाह स्थितियों के लिए ± 20% के भीतर मान्य है:
6000 d 7
0.5
- इसका उपयोग केवल मध्यम तापमान अंतरों (Tw - Tb) वाली स्थितियों के लिए किया जाना चाहिए, क्योंकि किसी दिए गए अनुप्रस्थ काट पर तापमान प्रवणता के कारण भौतिक गुणों में भिन्नता को सहसंबंध द्वारा ध्यान में नहीं रखा जाता है।
Additional Information नुसेल्ट संख्या:
- यह संवहन प्रक्रिया द्वारा ऊष्मा प्रवाह दर का चालन प्रक्रिया द्वारा ऊष्मा प्रवाह दर से अनुपात है।
Nu =
प्रांडल संख्या (Pr):
- इसे संवेग विसरण का तापीय विसरण से अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।
- तापीय सीमा परत और हाइड्रोडायनामिक सीमा परत के बीच संबंध प्रांडल संख्या द्वारा दिया गया है।
Pr =
दोनों के बीच संबंध इस प्रकार दिया गया है:
जहाँ δ = हाइड्रोडायनामिक सीमा परत की मोटाई, δt = तापीय सीमा परत की मोटाई।
Top Forced Convection MCQ Objective Questions
पानी की प्रांड्ल संख्या की विशिष्ट सीमा कितनी होती है?
Answer (Detailed Solution Below)
Forced Convection Question 6 Detailed Solution
Download Solution PDFप्रांड्ल संख्या संवेग विस्तार और तापीय विस्तार का अनुपात होता है।
प्रांड्ल संख्या की विशिष्ट सीमा को नीचे सूचीबद्ध किया गया है
|
तरल पदार्थ |
Pr |
|
द्रव्य धातु |
0.004 – 0.030 |
|
गैस |
0.7 – 1.0 |
|
पानी |
1.7 – 13.7 |
स्थिर अनुप्रस्थ काट के एक वृत्ताकार पाइप के माध्यम से एक द्रवगतिक और तापीय रूप से पूरी तरह से विकसित पटलीय प्रवाह के लिए स्थिर दीवार ऊष्मा अभिवाह (Nuq) पर न्यूसेल्ट संख्या और स्थिर दीवार तापमान (NuT) पर न्यूसेल्ट संख्या किसप्रकार संबंधित हैं?
Answer (Detailed Solution Below)
Forced Convection Question 7 Detailed Solution
Download Solution PDFसंकल्पना:
हमेशा नीचे उल्लिखित मानक परिणाम याद रखें;
भाग - I स्थिर सतह ऊष्मा अभिवाह (qs = स्थिरांक) के लिए;
स्थिर अनुप्रस्थ काट के एक वृत्ताकार पाइप के माध्यम से एक द्रवगतिक और तापीय रूप से पूरी तरह से विकसित पटलीय प्रवाह
Nuq = 4.36 …1)
भाग - II स्थिर दीवार तापमान (Tw = स्थिरांक) के लिए
इस मामले के लिए
NuT = 3.66 …2)
गणना:
1) और 2) की तुलना करके
Nuq > NuT ⇒ विकल्प A सही है।
प्रमुख बिंदु:
दोनों व्युत्पत्तियों (अर्थात qs = स्थिरांक और T = स्थिरांक) को परखें और दोनों मामलों के आरेखों को याद रखें।
स्थिर दीवार के तापमान के साथ एक पाइप के माध्यम से एक पटलीय विकसनशील प्रवाह में पाइप की दीवार की आंतरिक सतह का संवहन ऊष्मा स्थानांतरण गुणांक ________________ पर अधिकतम होगा।
Answer (Detailed Solution Below)
Forced Convection Question 8 Detailed Solution
Download Solution PDFसंकल्पना:
न्यूटन के शीतलन के नियम में कहा गया है कि,
जहाँ
Q = संवहन ऊष्मा स्थानांतरण
h = ऊष्मा स्थानांतरण गुणांक
आकृति: स्थिर दीवार तापमान के साथ एक ट्यूब के माध्यम से तरल का प्रवाह
- चूंकि सतह और तरल के बीच संवहन ऊष्मा स्थानांतरण का अस्तित्व यह बताता है कि तरल का तापमान x के साथ बदलते रहना चाहिए।
- इसका उपयोग करते हुए हम Tm के लिए निम्नलिखित तापमान वितरण प्राप्त करते हैं
आकृति: ट्यूब (स्थिर दीवार तापमान) में थोक माध्य तापमान का अंतर
- प्रवेश क्षेत्र में h का मान x के साथ बदलता है और h का प्रारंभिक चरण में उच्च मूल्य है और बाद में मान कम हो जाता है क्योंकि प्रवाह पूरी तरह से विकसित होने के निकट होता है।
आकृति: ट्यूब की लंबाई के साथ h का परिवर्तन
- एक पूर्ण विकसित क्षेत्र में h का मान स्थिर रहता है।
∴ उपरोक्त आरेख से हम स्पष्ट रूप से देख सकते हैं किप्रवाह के प्रारंभ मेंपाइप की दीवार की आंतरिक सतह कासंवहनी ऊष्मा स्थानांतरण गुणांक अधिकतम होगा।
30°C पर शीतलक द्रव 100°C के स्थिर तापमान पर बनी तप्त सपाट प्लेट के ऊपर से प्रवाहित होता है। प्लेट पर दिए गए स्थान पर सीमा परत अस्थायी वितरण को T = 30 + 70exp(-y) के रूप में अनुमानित किया जा सकता है, जहां y (m में) प्लेट के लिए सामान्य दूरी है और T °C में है। यदि द्रव की ऊष्मीय चालकता 1.0 W/mK है, तो उस स्थान पर स्थानीय संवहन ऊष्मा अंतरण (W/m2K में) ___ होगा।
Answer (Detailed Solution Below)
Forced Convection Question 9 Detailed Solution
Download Solution PDFसंकल्पना:
एक तप्त फ्लैट प्लेट पर एक शीतलक द्रव बहता है इसका मतलब है कि यहां हम यह मान सकते हैं कि प्राकृतिक संवहन उस प्लेट के माध्यम से ऊष्मा के प्रवाहकत्त्व के बराबर है, अर्थात
जहां, h = संवहनी ऊष्मा स्थानांतरण गुणांक, ΔT = तापमान अंतर, k = तापीय चालकता
गणना:
दिया गया है:
Tp = 100°C, T∞ = 30°C, k = 1 W/mK, T = 30 + 70exp(-y)
इसलिए,
⇒ h × (100 - 30) = -1 × (-70)
∴ h = 1 W/m2K
लंबाई 1 m के एक स्थिर व्यास के पाइप को इसके चारों ओर एक हीटर का कुंडल लपेटकर फ्लक्स q के साथ समान रूप से गर्म किया जाता है। पाइप की प्रवेशिका पर प्रवाह द्रवगतिक रूप से पूरी तरह से विकसित है। द्रव असंपीड्य है और प्रवाह को सारे पाइप के माध्यम से पटलीय और स्थिर माना जाता है। तरल पदार्थ का थोक तापमान प्रवेशिका पर 0°C और निकास पर 50°C के बराबर होता है। दीवार के तापमान को तीन स्थानों P, Q और R पर मापा जाता है जैसा कि आकृति में दिखाया गया है। प्रवेशिका से कुछ दूरी के बाद प्रवाह तापीय रूप से विकसित होता है। निम्नलिखित माप किए जाते हैं:
|
बिंदु |
P |
Q |
R |
|
दीवार तापमान (°C) |
50 |
80 |
90 |
P, Q और R के स्थानों में से प्रवाह तापीय रूप से _______ पर विकसित होता है।
Answer (Detailed Solution Below)
Forced Convection Question 10 Detailed Solution
Download Solution PDFसंकल्पना:
इस प्रश्न को हल करने के लिए तापमान (T) बनाम x प्रोफ़ाइल बनाएं।
प्रवाह तापीय रूप से पूरी तरह से विकसित हो जाएगा जब माध्य तरल तापमान रेखा (Tm) और दीवार तापमान रेखा (Ts) दोनों की ढलानें समान हैं।
गणना:
रेखा PQ की ढलान
रेखा P'Q' की ढलान
⇒ प्रवाह P पर तापीय रूप से विकसित नहीं होता है।
रेखा QR की ढलान
रेखा Q'R' की ढलान
⇒ प्रवाह Q और R पर तापीय रूप से विकसित होता है।
निम्नलिखित में से कौन सा परिदृश्य बलित संवहन का सबसे अच्छा उदाहरण दर्शाता है?
Answer (Detailed Solution Below)
Forced Convection Question 11 Detailed Solution
Download Solution PDFव्याख्या:
बलित संवहन
परिभाषा: बलित संवहन ऊष्मा स्थानांतरण का एक तंत्र या प्रकार है जिसमें द्रव गति एक बाह्य स्रोत (जैसे पंप, पंखा, चूषण उपकरण, आदि) द्वारा उत्पन्न होती है। यह प्राकृतिक संवहन से अलग है, जहाँ द्रव गति उत्प्लावन बलों के कारण होती है जो द्रव में तापमान प्रवणता के कारण घनत्व भिन्नताओं के परिणामस्वरूप होती हैं।
कार्य सिद्धांत: बलित संवहन में, बाहरी उपकरण (जैसे पंखा या पंप) सक्रिय रूप से द्रव को गतिमान करता है, जिससे ऊष्मा स्थानांतरण प्रक्रिया में वृद्धि होती है। द्रव की गति उस दर को बढ़ाती है जिस पर ऊष्मा किसी सतह से द्रव में या द्रव से किसी सतह पर स्थानांतरित होती है, यह तापमान अंतर पर निर्भर करता है।
लाभ:
- प्राकृतिक संवहन की तुलना में ऊष्मा स्थानांतरण दर में वृद्धि।
- द्रव प्रवाह की गति और दिशा को नियंत्रित करने की क्षमता के कारण ऊष्मा स्थानांतरण प्रक्रिया पर बेहतर नियंत्रण।
- विभिन्न अनुप्रयोगों में, जैसे इलेक्ट्रॉनिक उपकरण, औद्योगिक प्रक्रियाएँ और HCAC प्रणाली में बेहतर शीतलन या तापन दक्षता।
नुकसान:
- पंखे, पंप या अन्य उपकरणों को संचालित करने के लिए बाहरी शक्ति स्रोत की आवश्यकता होती है।
- प्राकृतिक संवहन प्रणालियों की तुलना में लागू करने के लिए अधिक जटिल और महंगा हो सकता है।
अनुप्रयोग: बलित संवहन का व्यापक रूप से कई अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है, जिसमें इलेक्ट्रॉनिक घटकों का शीतलन, HCAC प्रणाली, वाहन शीतलन प्रणाली और औद्योगिक ऊष्मा परिवर्तक शामिल हैं।
निम्नलिखित में से कौन सा बलित संवहन का उदाहरण है?
Answer (Detailed Solution Below)
Forced Convection Question 12 Detailed Solution
Download Solution PDFव्याख्या:
बलित संवहन
परिभाषा: बलित संवहन ऊष्मा स्थानांतरण का एक तरीका है जिसमें द्रव गति एक बाहरी स्रोत जैसे पंप, पंखे या मिक्सर द्वारा उत्पन्न होती है। यह गति ठोस सतह और द्रव या विभिन्न द्रव परतों के बीच ऊष्मा स्थानांतरण दर को बढ़ाती है। प्राकृतिक संवहन के विपरीत, जहाँ द्रव गति घनत्व भिन्नताओं के कारण उत्प्लावन बलों द्वारा संचालित होती है जो तापमान अंतर के कारण होती हैं, बलित संवहन द्रव प्रवाह बनाने के लिए बाहरी तंत्र पर निर्भर करता है।
कार्य सिद्धांत: बलित संवहन में, एक पंखा या पंप जैसे बाहरी उपकरण सतह पर द्रव को घुमाते हैं, जिससे ऊष्मा स्थानांतरण दर बढ़ जाती है। द्रव की गति तापीय सीमा परत को बाधित करती है, जो ऊष्मा स्थानांतरण सतह के तत्काल आसपास के द्रव की परत होती है जहाँ तापमान प्रवणता महत्वपूर्ण होती है। इस सीमा परत की मोटाई को कम करके, बलित संवहन ऊष्मा स्थानांतरण गुणांक को बढ़ाता है, जिसके परिणामस्वरूप अधिक कुशल ऊष्मा स्थानांतरण होता है।
उदाहरण: दिए गए विकल्पों में से बलित संवहन का सही उदाहरण है "एक पंखे द्वारा कार के रेडिएटर पर उड़ाया गया हवा" (विकल्प 4)। इस मामले में, पंखा रेडिएटर की सतह पर हवा को प्रवाहित करने के लिए मजबूर करता है, जिससे रेडिएटर के भीतर गर्म शीतलक से हवा में ऊष्मा स्थानांतरण बढ़ जाता है। हवा की यह जबरदस्ती गति रेडिएटर की शीतलन दक्षता में काफी सुधार करती है।
लाभ:
- द्रव वेग में वृद्धि के कारण प्राकृतिक संवहन की तुलना में उच्च ऊष्मा स्थानांतरण दर।
- ऊष्मा स्थानांतरण प्रक्रिया पर बेहतर नियंत्रण क्योंकि बाहरी उपकरण (पंखा, पंप, आदि) की गति को समायोजित करके द्रव प्रवाह को नियंत्रित किया जा सकता है।
नुकसान:
- पंखे या पंप जैसे बाहरी उपकरणों को संचालित करने के लिए अतिरिक्त ऊर्जा इनपुट की आवश्यकता होती है।
- प्राकृतिक संवहन प्रणालियों की तुलना में अधिक जटिल सिस्टम डिज़ाइन और उच्च प्रारंभिक लागत।
अनुप्रयोग: बलित संवहन का व्यापक रूप से विभिन्न इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है जहाँ कुशल ऊष्मा स्थानांतरण महत्वपूर्ण है, जैसे कि ऑटोमोटिव शीतलन प्रणाली, एयर कंडीशनिंग इकाइयाँ, हीट एक्सचेंजर और इलेक्ट्रॉनिक उपकरण शीतलन।
अन्य विकल्पों का विश्लेषण:
विकल्प 1: एक स्थिर द्रव परत के माध्यम से ऊष्मा स्थानांतरण
यह विकल्प संवहन के बजाय चालन का वर्णन करता है। चालन में, ऊष्मा स्थानांतरण एक स्थिर माध्यम (ठोस या द्रव) के माध्यम से होता है, ऊर्जा का एक अणु से दूसरे अणु में स्थानांतरण बिना माध्यम के किसी भी थोक आंदोलन के।
विकल्प 2: विद्युत चुम्बकीय तरंगों द्वारा संचरित तापीय ऊर्जा
यह विकल्प विकिरण का वर्णन करता है, संवहन नहीं। विकिरण ऊष्मा स्थानांतरण का एक तरीका है जहाँ तापीय ऊर्जा विद्युत चुम्बकीय तरंगों (जैसे, अवरक्त विकिरण) के रूप में संचरित होती है और संचरण के लिए एक माध्यम की आवश्यकता नहीं होती है।
विकल्प 3: एक गर्म सतह से स्वाभाविक रूप से ऊपर उठने वाली गर्म हवा
यह विकल्प प्राकृतिक संवहन का वर्णन करता है। प्राकृतिक संवहन में, द्रव गति उत्प्लावन बलों के कारण होती है जो तापमान प्रवणताओं के कारण घनत्व अंतर से उत्पन्न होती हैं। गर्म हवा स्वाभाविक रूप से एक गर्म सतह से ऊपर उठती है क्योंकि यह ठंडी आसपास की हवा की तुलना में कम घनी हो जाती है।
विकल्प 5: [रिक्त]
विकल्प 5 के लिए कोई जानकारी प्रदान नहीं की गई है, इसलिए इसका मूल्यांकन नहीं किया जा सकता है।
Forced Convection Question 13:
निम्नलिखित में से कौन-से तरल पदार्थ के प्रवाह की स्थिति में ताप स्थानांतरण का गुणांक उच्च होता है?
Answer (Detailed Solution Below)
Forced Convection Question 13 Detailed Solution
संकल्पना:
ताप स्थानांतरण के संवहन की दर को तापमान अंतर के समानुपाती रूप से देखा जाता है, और आसानी से न्यूटन के शीतलन के नियम द्वारा निम्न रूप में व्यक्त किया जाता है
Qconv = hAs(Ts - T∞)
जहाँ h, W/m2K में ताप स्थानांतरण के संवहन का गुणांक है, As वह पृष्ठीय क्षेत्रफल है जिसमें ताप स्थानांतरण का संवहन होता है, Ts पृष्ठीय क्षेत्रफल है, और T सतह से पर्याप्त दूरी पर तरल पदार्थ का तापमान है।
ताप स्थानांतरण के संवहन का गुणांक h तरल पदार्थ का गुण नहीं है। यह एक प्रायोगिक रूप से निर्धारित मापदंड है जिसका मान सतह ज्यामिति, तरल पदार्थ की गति की प्रकृति, तरल पदार्थ के गुण और थोक तरल पदार्थ के वेग जैसे संवहन को प्रभावित करने वाले चरों पर निर्भर करता है।
ताप स्थानांतरण के संवहन के गुणांक का विशेष मान
|
संवहन का प्रकार |
h |
|
गैसों का मुक्त संवहन |
2 – 25 |
|
तरल पदार्थो का मुक्त संवहन |
10 – 1000 |
|
गैसों का कृत्रिम संवहन |
25 – 250 |
|
तरल पदार्थो का कृत्रिम संवहन |
50 – 20000 |
|
पानी का क्वथन |
300 – 3000 |
|
संघनन |
4000 – 100000 |
Forced Convection Question 14:
पानी की प्रांड्ल संख्या की विशिष्ट सीमा कितनी होती है?
Answer (Detailed Solution Below)
Forced Convection Question 14 Detailed Solution
प्रांड्ल संख्या संवेग विस्तार और तापीय विस्तार का अनुपात होता है।
प्रांड्ल संख्या की विशिष्ट सीमा को नीचे सूचीबद्ध किया गया है
|
तरल पदार्थ |
Pr |
|
द्रव्य धातु |
0.004 – 0.030 |
|
गैस |
0.7 – 1.0 |
|
पानी |
1.7 – 13.7 |
Forced Convection Question 15:
स्थिर अनुप्रस्थ काट के एक वृत्ताकार पाइप के माध्यम से एक द्रवगतिक और तापीय रूप से पूरी तरह से विकसित पटलीय प्रवाह के लिए स्थिर दीवार ऊष्मा अभिवाह (Nuq) पर न्यूसेल्ट संख्या और स्थिर दीवार तापमान (NuT) पर न्यूसेल्ट संख्या किसप्रकार संबंधित हैं?
Answer (Detailed Solution Below)
Forced Convection Question 15 Detailed Solution
संकल्पना:
हमेशा नीचे उल्लिखित मानक परिणाम याद रखें;
भाग - I स्थिर सतह ऊष्मा अभिवाह (qs = स्थिरांक) के लिए;
स्थिर अनुप्रस्थ काट के एक वृत्ताकार पाइप के माध्यम से एक द्रवगतिक और तापीय रूप से पूरी तरह से विकसित पटलीय प्रवाह
Nuq = 4.36 …1)
भाग - II स्थिर दीवार तापमान (Tw = स्थिरांक) के लिए
इस मामले के लिए
NuT = 3.66 …2)
गणना:
1) और 2) की तुलना करके
Nuq > NuT ⇒ विकल्प A सही है।
प्रमुख बिंदु:
दोनों व्युत्पत्तियों (अर्थात qs = स्थिरांक और T = स्थिरांक) को परखें और दोनों मामलों के आरेखों को याद रखें।