जबरन संवहन हीट ट्रांसफर

इस लेख में "मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण" शब्द और मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण संबंधित तथ्यों को संक्षेप में प्रस्तुत किया जाएगा। मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण पंप, सीलिंग फैन, सक्शन डिवाइस में उपयोग करता है।

मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण एक शब्द है जो परिवहन का वर्गीकरण है या मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण एक तंत्र है जो बाहरी रूप से बल लगाने से बहने वाले तरल पदार्थ की गति उत्पन्न करने में मदद करता है। लगभग हर जगह मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण का उपयोग भाप टरबाइन, केंद्रीय हीटिंग और कई अन्य के रूप में किया जाता है।

मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण क्या है?

थर्मल चालन के साथ, प्राकृतिक संवहन और थर्मल संवहन गर्मी को स्थानांतरित करने का वर्गीकरण है और बिना किसी परेशानी के पर्याप्त मात्रा में गर्मी ऊर्जा को बदलने की अनुमति देता है।

मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण वास्तव में गर्मी हस्तांतरण का एक बहुत ही विशेष वर्गीकरण है। मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण की मदद से एक तरल पदार्थ बाहरी तरफ से बल लगाने से एक से दूसरे क्षेत्र में जाने का आभास होता है। इस मामले में गर्मी हस्तांतरण की मात्रा में वृद्धि हुई है इसके लिए यह एक और शब्द है हीट राइज।

मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण समीकरण:

जब संभावित मिश्रित संवहन का विश्लेषण किया जाता है तो उस स्थिति में आर्किमिडीज संख्या के रूप में जाना जाने वाला भौतिक पैरामीटर।

आर्किमिडीज में नंबर दो की स्थिति में मजबूर संवहन और सापेक्ष शक्ति से मुक्त शामिल हैं। मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण समीकरण नीचे दिया गया है,

अर = जीआर / रे²

कहा पे,

Ar = आर्किमिडीज संख्या

जीआर = ग्राशॉफ नंबर

रे = रेनॉल्ड्स संख्या

ग्राशॉफ संख्या की सहायता से उत्प्लावन बल व्यक्त होता है और रेनॉल्ड्स संख्या की सहायता से जड़त्व बल व्यक्त होता है। तो, मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण समीकरण से यह स्पष्ट है कि आर्किमिडीज संख्या का अर्थ रेनॉल्ड्स संख्या के ग्राशॉफ संख्या और वर्ग का राशन भी है।

जब का मान Ar << 1 तो यह मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण समीकरण का प्रतिनिधित्व करता है.

मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण को व्यक्त करने के लिए एक अन्य भौतिक पैरामीटर पेकलेट संख्या है। पेकलेट संख्या वर्तमान साधनों द्वारा गति का अनुपात है और उच्च से निम्न सांद्रता की ओर गति का अर्थ है प्रसार।

पे = उल/α

जब Pe>> 1 का मान विसरण पर हावी हो जाता है।

जब Pe <<1 के मान का अर्थ है कि प्रसार संवहन पर हावी है।

मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण गुणांक:

मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण गुणांक का समीकरण नीचे चर्चा की गई है,

आंतरिक प्रवाह और लामिना प्रवाह में मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण गुणांक: -

टेट और सीडर प्रवेश प्रभाव में लैमिनार फ्लोर के लिए सहसंबंध की अवधारणा देते हैं।

आंतरिक प्रवाह और लामिना के प्रवाह में एक मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण गुणांक के रूप में व्यक्त किया जा सकता है,

Nu_D = 1.86 (रे। पीआर)^1/3 (डी/एल)^1/3 (μ_b/μ_w})^0.14

कहा पे,

डी = आंतरिक व्यास

μ_b = थोक माध्य तापमान की द्रव चिपचिपाहट

μ_w= पाइप की दीवार के तापमान पर द्रव की चिपचिपाहट

Nu_D= नुसेल्ट नंबर

पुन =  रेनॉल्ड्स संख्या

पीआर = Prandtl संख्या

एल = ट्यूब की लंबाई

जब लामिना का प्रवाह पूरी तरह से विकसित हो जाता है तो उस स्थिति में नुसेल्ट संख्या स्थिर रहती है और नुसेल्ट संख्या का मान 3.66 होगा। उस मामले में आंतरिक में मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण गुणांक प्रवाह और लामिना प्रवाह के रूप में व्यक्त किया जा सकता है,

Nu_D = 3.66 + (0.065 x रे एक्स पीआर एक्स डी/एल)/(1 + 0.04 एक्स (रे एक्स पीआर एक्स डी/एल)^2/3

आंतरिक प्रवाह और अशांत प्रवाह में मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण गुणांक:-

जब एक गोलाकार ट्यूब में तरल पदार्थ बह रहा हो तो रेनॉल्ड्स संख्या 10,000 से 12,000 के बीच रहती है और प्रांड्ल संख्या 0.7 से 120 के बीच की सीमा पर रहती है। आंतरिक में मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण गुणांक प्रवाह और अशांत प्रवाह के रूप में लिखा जा सकता है,

एचडी/के = (0.023 जेडी/μ)^0.8 (μ सी_p/क)ⁿ

कहा पे,

डी = हाइड्रोलिक व्यास

μ = द्रव चिपचिपापन

k = थोक द्रव के लिए तापीय चालकता

c_p = द्रव पदार्थ के लिए समदाब रेखीय ऊष्मा धारिता

जे = मास फ्लक्स

n = 0.4 थोक द्रव की तुलना में गर्म दीवार के लिए और 0.33 थोक द्रव की तुलना में कूलर की दीवार के लिए

कैसे मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण को प्रभावित करता है?

मुक्त संवहन गर्मी हस्तांतरण की तुलना में मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण का सबसे अधिक लाभ गर्मी हस्तांतरण की अधिक मात्रा में वृद्धि करने में सक्षम है।

मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण की मदद से बाहरी तरफ से लगाए गए बल की मदद से गर्मी हस्तांतरण की मात्रा को बढ़ाया जा सकता है। मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण और गर्मी हस्तांतरण के बीच संबंध सीधे आनुपातिक हैं। मजबूर संवहन बढ़ने से सिस्टम स्रोत का गर्मी हस्तांतरण भी बढ़ जाता है।

संवहनी गर्मी हस्तांतरण गुणांक को क्या प्रभावित करता है?

संवहनी गर्मी हस्तांतरण गुणांक कुछ कारकों पर निर्भर करता है। वे नीचे सूचीबद्ध हैं,

• द्रव वेग
• द्रव का घनत्व
• तापीय चालकता
• द्रव की गतिशील चिपचिपाहट
• विशिष्ट गर्मी

द्रव वेग:-

द्रव वेग या प्रवाह वेग एक सदिश क्षेत्र है। द्रव वेग की सहायता से बहते हुए द्रव की गति को गणितीय रूप में निर्धारित किया जा सकता है। द्रव वेग की लंबाई की कुल मात्रा को द्रव गति के रूप में निर्धारित किया जाता है। द्रवों में प्रवाह वेग सदिश क्षेत्र है जो एक निश्चित समय और स्थिति में द्रवों का वेग प्रदान करता है।

द्रव वेग का सूत्र नीचे दिया गया है,

क्यू = वीए

कहा पे,

क्यू = तरल पदार्थ की वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह दर

वी = तरल पदार्थ का वेग

ए = खुली प्रणाली का क्रॉस सेक्शनल क्षेत्र

द्रव का घनत्व :-

द्रव्यमान परिवर्तन के नियम से हमें द्रव के घनत्व के बारे में एक स्पष्ट अवधारणा प्राप्त होती है। द्रव्यमान प्रवाह दरों के रूपांतरण में कहा गया है कि, किसी विशेष वस्तु के द्रव्यमान की मात्रा को बनाया या नष्ट नहीं किया जा सकता है। किसी पिंड का द्रव्यमान लीवर संतुलन द्वारा मापा जाता है।

द्रव के घनत्व को इस रूप में परिभाषित किया जा सकता है, एक वस्तु जिसमें द्रव्यमान होता है वह मानक तापमान और दबाव पर स्थिर होती है.

द्रव के घनत्व का सूत्र नीचे दिया गया है,

= एम/वी

कहा पे,

ρ = द्रव का घनत्व

मी = द्रव का द्रव्यमान

v = द्रव का आयतन

द्रव के घनत्व का SI मात्रक किलोग्राम प्रति घन मीटर है

ऊष्मीय चालकता:-

तापीय चालकता बताती है कि जिस दर पर किसी सामग्री के माध्यम से गर्मी स्थानांतरित की जाती है वह तापमान ढाल के नकारात्मक मूल्य के समानुपाती होती है। और यह उस क्षेत्र के समानुपाती होता है जिससे होकर ऊष्मा प्रवाहित होती है, लेकिन दो समतापीय तलों के बीच की दूरी के व्युत्क्रमानुपाती होती है।

तापीय चालकता का सूत्र नीचे दिया गया है,

के = क्यूडी/एΔटी

कहा पे,

K = तापीय चालकता और इकाई है

Q = ऊष्मा अंतरण इकाई की मात्रा जूल/सेकंड या वाट है

d = समतापी इकाई के दो तलों द्वारा दूरी है  

A = पृष्ठीय इकाई का क्षेत्रफल वर्ग मीटर है

T = तापमान अंतर इकाई केल्विन है

द्रव की गतिक श्यानता :-

तरल पदार्थ की गतिशील चिपचिपाहट कतरनी तनाव से कतरनी तनाव के बीच राशन के रूप में प्राप्त हो सकती है। द्रव की गत्यात्मक श्यानता की इकाई पास्कल है। गतिकी की सहायता से हम आसानी से समझ सकते हैं कि कौन सा उत्पाद कितना मोटा और किस प्रकार गति में प्रवाहित हो सकता है अर्थात श्यानता की सहायता से हम द्रव के व्यवहार को पहचान सकते हैं।

द्रव की गत्यात्मक श्यानता का सूत्र नीचे दिया गया है,

= टी / γ

कहा पे,

η = द्रव की गतिशील चिपचिपाहट

टी = कतरनी तनाव

= कतरनी दर

विशिष्ट ताप:-

विशिष्ट ऊष्मा के रूप में प्राप्त किया जा सकता है; किसी पदार्थ के एक ग्राम के तापमान को एक डिग्री सेल्सियस बढ़ाने के लिए ऊष्मा की मात्रा की आवश्यकता होती है। विशिष्ट ऊष्मा की इकाइयाँ हैं जैसे कैलोरी या जूल प्रति ग्राम प्रति सेल्सियस डिग्री।

विशिष्ट ऊष्मा को द्रव्यमान ऊष्मा धारिता के रूप में भी जाना जाता है। उदाहरण के तौर पर, पानी की विशिष्ट ऊष्मा 1 कैलोरी (या 4.186 जूल) प्रति ग्राम प्रति सेल्सियस डिग्री है।

द्रव की विशिष्ट ऊष्मा का सूत्र नीचे दिया गया है,

क्यू = एमसीΔ टी

कहा पे,

क्यू = ऊष्मा ऊर्जा

मी = द्रव का द्रव्यमान

सी = विशिष्ट ताप क्षमता

T= तापमान में परिवर्तन

कैसे लगता है हवा के लिए संवहनी गर्मी हस्तांतरण गुणांक?

सामान्य इकाइयाँ जिनका उपयोग हवा के लिए संवहन ऊष्मा अंतरण गुणांक को मापने के लिए किया जाता है, नीचे सूचीबद्ध हैं,

1. 1 डब्ल्यू / (एम²के) = 0.85984 किलो कैलोरी/(एचएम²0 सी) = 0.1761 बीटीयू/(फीट² एच 0 एफ)
2. 1 किलो कैलोरी/(एचएम²0 सी) = 1.163 डब्ल्यू/(एम²के) = 0.205 बीटीयू/(फीट² एच 0 एफ)
3. बीटीयू/घंटा - फीट² -0 एफ = 5.678 डब्ल्यू/(एम²के) = 4.882 किलो कैलोरी/(एचएम²0 सी)

एक पाइप के माध्यम से जबरन संवहन गर्मी हस्तांतरण:

जब एक वृत्ताकार नली में द्रव प्रवाहित होता है तो उस स्थिति में रेनॉल्ड्स संख्या 10,000 से 12,000 के बीच रहती है और प्रांड्ल संख्या 0.7 से 120 के बीच की सीमा पर रहती है।

आंतरिक प्रवाह और अशांत प्रवाह में मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण गुणांक के रूप में लिखा जा सकता है,

एचडी/के = 0.023 (जेडी/μ)^0.8 (μ सी_p/क)ⁿ

कहा पे,

डी = हाइड्रोलिक व्यास

μ= द्रव चिपचिपापन

k = थोक द्रव के लिए तापीय चालकता

c_p = द्रव पदार्थ के लिए समदाब रेखीय ऊष्मा धारिता

जे = मास फ्लक्स

n = 0.4 थोक द्रव की तुलना में गर्म दीवार के लिए और 0.33 थोक द्रव की तुलना में कूलर की दीवार के लिए

बहते हुए द्रव के गुणों को समीकरण की विधि में लागू करने की आवश्यकता होती है और इसकी गणना थोक तापमान पर की जा सकती है, इस कारण से पुनरावृत्ति से बचा जा सकता है।

मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण का आवेदन:

मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण का आवेदन नीचे सूचीबद्ध है,

1. गर्मी हटाना
2. हीट सिंक सिमुलेशन
3. थर्मल अनुकूलन
4. गर्मी संवेदनशीलता अध्ययन
5. बिजली के पंखे का अनुकरण
6. कंप्यूटर केस कूलिंग
7. शीतलन प्रणाली डिजाइन
8. हीटिंग सिस्टम डिजाइन
9. फैन कूल्ड सेंट्रल पासिंग यूनिट
10. वाटर कूल्ड सेंट्रल पासिंग यूनिट
11. मुद्रित सर्किट बोर्ड सिमुलेशन

मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण उदाहरण:

मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण के उदाहरण नीचे सूचीबद्ध हैं,

1. वातानुकूलित तंत्र
2. संवहन चूल्हा
3. पंप
4. सक्शन डिवाइस
5. छत पंखा
6. गरम हवा का गुब्बारा
7. फ्रिज
8. कार रेडिएटर

मुक्त और मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण के बीच अंतर:

मुक्त और मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण के बीच प्रमुख अंतर बिंदु नीचे दिए गए हैं,

मजबूर संवहन गर्मी हस्तांतरण कैसे काम करता है?

जबरन संवहन गर्मी हस्तांतरण कार्य तब होता है जब गैसीय पदार्थ या तरल पदार्थ का क्षेत्र अपने पड़ोसी तापमान से अधिक तापमान या कम तापमान का सामना कर रहा है और सिस्टम तापमान और पड़ोसी तापमान के बीच अंतर का कारण बनता है।

तापमान का अंतर रिक्त स्थान को स्थानांतरित करने का कारण बनता है क्योंकि उच्च तापमान कम घने स्थान में वृद्धि होती है, और कम तापमान अधिक घना स्थान सिंक होता है।