हाइड्रोलिक व्यास: पाइप, आयत, दीर्घवृत्त, अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न की गणना

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हाइड्रोलिक व्यास परिभाषा

वृत्त सबसे सरल आकार होने के कारण, वृत्ताकार क्रॉस सेक्शन के साथ काम करते समय गणना का सबसे आसान रूप आता है। जब द्रव एक गैर-वृत्ताकार वाहिनी से बहता है, तो हम सुविधाजनक गणना के लिए क्रॉस सेक्शन को वृत्ताकार में बदल देते हैं। वृत्ताकार क्रॉस सेक्शन के इस नए व्युत्पन्न व्यास को कहा जाता है हाइड्रोलिक व्यास. इसे D . के रूप में दर्शाया गया हैh. इसलिए, हम हाइड्रोलिक व्यास की अवधारणा का उपयोग करके एक गैर-वृत्ताकार वाहिनी के लिए वृत्ताकार वाहिनी के समान परिणाम पा सकते हैं।

हाइड्रोलिक व्यास समीकरण

हाइड्रोलिक व्यास नीचे दिए गए सूत्र का उपयोग करके पाया जा सकता है-

ध = 4ए/पी

कहा पे,
Dh हाइड्रोलिक व्यास है
ए गैर-गोलाकार क्रॉस सेक्शन का क्षेत्र है
पी गैर-वृत्ताकार क्रॉस सेक्शन का गीला परिधि है

हाइड्रोलिक व्यास हाइड्रोलिक त्रिज्या R . का एक कार्य हैh, जिसे अनुप्रस्थ काट के क्षेत्रफल, A को गीली परिधि, P से विभाजित करके पाया जा सकता है।

CodeCogsEqn

ध्यान दें कि डीh = 4Rh

यह संबंध व्यास और त्रिज्या (अर्थात D = 2R) के बीच के पारंपरिक संबंध से भिन्न है। यह अंतर केवल गैर-वृत्ताकार क्रॉस सेक्शन को वृत्ताकार में परिवर्तित करते समय उत्पन्न होता है।

नोट- का कानून गति का संरक्षण हाइड्रोलिक व्यास की गणना करते समय संतुष्ट है। साथ ही, हाइड्रोलिक व्यास सामान्य व्यास के समान नहीं है। Dh केवल गोलाकार नलिकाओं के लिए समान है।

हाइड्रोलिक व्यास
हाइड्रोलिक व्यास का सरल प्रतिनिधित्व

हाइड्रोलिक व्यास और रेनॉल्ड की संख्या

रेनॉल्ड्स नंबर का उपयोग द्रव यांत्रिकी में किया जाता है और प्रवाह के प्रकार को खोजने के लिए गर्मी हस्तांतरण, लामिना या अशांत। रेनॉल्ड की संख्या की गणना के लिए सूत्र में हाइड्रोलिक व्यास का उपयोग किया जाता है।
रेनॉल्ड की संख्या श्यान बलों से जड़त्व बलों का अनुपात है। यह एक आयामहीन संख्या है जिसका नाम आयरिश वैज्ञानिक ओसबोर्न रेनॉल्ड्स के नाम पर रखा गया है जिन्होंने 1883 में इस अवधारणा को लोकप्रिय बनाया था।

यह संख्या प्रवाहित द्रव के वेग को नियंत्रित करने में श्यानता के प्रभाव को दर्शाती है। जब प्रवाह लामिना होता है तो चिपचिपाहट का एक रैखिक प्रोफ़ाइल विकसित किया जाता है। लैमिनार प्रवाह में द्रव इस प्रकार प्रवाहित होता है कि ऐसा प्रतीत होता है मानो समानांतर परतों में बह रहा हो। ये परतें एक दूसरे को प्रतिच्छेद नहीं करती हैं और अपने बीच बिना किसी व्यवधान के गति करती हैं। इस प्रवाह का प्रकार आमतौर पर धीमी गति से होता है। धीमी गति से, दो परतों का मिश्रण नहीं होता है और एक दूसरे के ऊपर खड़ी परतों में द्रव प्रवाहित होता है।

लामिना का प्रवाह हमें अत्यधिक चिपचिपे तरल पदार्थों के प्रवाह को मापने में मदद करता है क्योंकि इस प्रकार का प्रवाह प्रवाह दर और के बीच एक रैखिक संबंध देता है। दबाव में गिरावट. अनुकूल लामिना के प्रवाह के लिए शर्तें उच्च चिपचिपाहट और कम वेग है। अधिक गति से द्रव के कण भिन्न प्रकार से व्यवहार करने लगते हैं जिसके परिणामस्वरूप द्रव की परतें मिश्रित हो जाती हैं। इस तरह के मिश्रण से अशांति पैदा होती है और इसलिए इसका नाम अशांत प्रवाह है। जब द्रव के उचित मिश्रण की आवश्यकता होती है तो अशांत प्रवाह वांछनीय होता है। ऐसा ही एक उदाहरण रॉकेट इंजनों में ऑक्सीडाइज़र के साथ ईंधन का मिश्रण है। टर्बुलेंस तरल पदार्थ के पूरी तरह से मिश्रण में मदद करता है।
रेनॉल्ड की संख्या की गणना नीचे दिए गए समीकरण से की जा सकती है-

                                                            CodeCogsEqn 3

कहा पे,
रे रेनॉल्ड का नंबर है
u माध्य गति वेग है (m/s में)
गतिज श्यानता है (m . में)2/ S)
डीएच हाइड्रोलिक व्यास है (एम में)

एक गोलाकार पाइप में,
लामिना का प्रवाह, रे <2000
क्षणिक प्रवाह, 2000 <पुनः <4000
अशांत प्रवाह, पुन:> 4000

एक सपाट प्लेट के लिए,
लामिना का प्रवाह, रे <5,00,000
अशांत प्रवाह, पुन > 5,00,000

लामिना का प्रवाह और अशांत प्रवाह

परिपत्र पाइप का हाइड्रोलिक व्यास | सिलेंडर का हाइड्रोलिक व्यास

तरल/गैस को एक स्थान से दूसरे स्थान तक ले जाने के लिए (यहां तक ​​कि बड़ी दूरी के लिए भी) सर्कुलर पाइप सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले पाइप हैं। पानी की पाइपलाइनें वृत्ताकार नलिकाओं का वास्तविक जीवन उदाहरण हैं जिनका उपयोग तरल पदार्थ के परिवहन के लिए किया जाता है। ये पाइप पानी फिल्टर स्टेशनों से घरों तक और साथ ही कम दूरी जैसे भूजल टैंक से छत की पानी की टंकी तक बड़ी दूरी तक ले जा सकते हैं। वृत्ताकार पाइप का हाइड्रोलिक व्यास किसके द्वारा दिया जाता है-

ध = 4πR2/2πआर = 2आर

                                                                      
कहा पे,
R वृत्ताकार अनुप्रस्थ काट की त्रिज्या है।

चक्र

आयताकार वाहिनी का हाइड्रोलिक व्यास

आयताकार नलिकाओं का उपयोग तब किया जाता है जब रिक्ति एक समस्या होती है। इसके अलावा, आयताकार नलिकाएं बनाने में आसान होती हैं और दबाव के नुकसान को कम करती हैं। एयर कंडीशनर दबाव के नुकसान से बचने के लिए आयताकार नलिकाओं का उपयोग करते हैं। आयताकार वाहिनी का हाइड्रोलिक व्यास किसके द्वारा दिया जाता है-

ध = 4ab/2(a+b) = 2ab/ a+b

                                                                         
कहा पे,

ए और बी बड़े और छोटे पक्षों की लंबाई हैं।

आयत
स्क्वायर क्रॉस सेक्शन के लिए,

ए = बी

ध = 2a2/2ए = ए

कहा पे,
a वर्ग की प्रत्येक भुजा की लंबाई है।

कुंडलाकार का हाइड्रोलिक व्यास

कभी-कभी, गर्मी हस्तांतरण की दर को बढ़ाने/घटाने के लिए, दो तरल पदार्थ एक कुंडलाकार ट्यूब के माध्यम से पारित किए जाते हैं जैसे कि एक द्रव दूसरे के बाहर बहता है। गर्मी हस्तांतरण दर दो तरल पदार्थों की क्रिया से प्रभावित होती है। एनलस का हाइड्रोलिक व्यास किसके द्वारा दिया जाता है-    

gif

जहां डी और डी क्रमशः बाहरी सर्कल और आंतरिक सर्कल के व्यास हैं।

वलय

                                                                           

त्रिभुज का हाइड्रोलिक व्यास

gif

कहा पे,
l प्रत्येक भुजा की लंबाई है।

त्रिकोणीय क्रॉस सेक्शन
                                                   

दीर्घवृत्त का हाइड्रोलिक व्यास

ध = 4wh(64-16ई2)/डब्ल्यू+एच(64-3ई4)

जहां, ई =/डब्ल्यू+एच

प्लेट हीट एक्सचेंजर का हाइड्रोलिक व्यास | खोल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर का हाइड्रोलिक व्यास

हीट एक्सचेंजर्स थर्मल डिवाइस होते हैं जिनका उपयोग तरल पदार्थ के तापमान को वांछित रूप से घटाने/बढ़ाने के लिए एक तरल पदार्थ से दूसरे तरल पदार्थ में स्थानांतरित करने के लिए किया जाता है। कई प्रकार के हीट एक्सचेंजर्स मौजूद हैं जिनमें से सबसे अधिक इस्तेमाल प्लेट और शेल ट्यूब हीट एक्सचेंजर्स हैं। हीट एक्सचेंजर के माध्यम से तरल पदार्थ दो तरह से पारित किए जा सकते हैं। पहले प्रकार में, गर्म और ठंडे दोनों तरल पदार्थ एक ही दिशा में इंजेक्ट किए जाते हैं, इसलिए इसे समानांतर प्रवाह हीट एक्सचेंजर कहा जाता है। दूसरे प्रकार में, तरल पदार्थ ट्यूब के माध्यम से विपरीत दिशाओं में पारित होते हैं इसलिए इसे काउंटर फ्लो हीट एक्सचेंजर कहा जाता है।

इसके आधार पर, बाष्पीकरणकर्ता और कंडेनसर तैयार किए जाते हैं। बाष्पीकरण में, गर्म द्रव का तापमान समान रहता है जबकि ठंडा द्रव गर्म हो जाता है। संघनित्र में ठंडे द्रव का तापमान समान रहता है और गर्म द्रव का तापमान कम हो जाता है।

हीट एक्सचेंजर में स्थानांतरण की दर निम्नलिखित संबंध द्वारा दी गई है-

गर्म तरल पदार्थ के लिए: क्यूh = एमh Cph (Thi - टीho )
ठंडे तरल पदार्थ के लिए: क्यूc = एमc Cpc (Tco - टीci )

ऊर्जा के संरक्षण से,
गर्म द्रव से ऊष्मा का ह्रास = ठंडे द्रव द्वारा प्राप्त ऊष्मा।
=> क्यूh = क्यूc

कहा पे,
Qh गर्म तरल पदार्थ द्वारा खोई गई गर्मी को दर्शाता है
Qc ठंडे तरल पदार्थ द्वारा प्राप्त गर्मी को दर्शाता है
Thi प्रवेश पर गर्म द्रव का तापमान है
Tho आउटलेट पर गर्म द्रव का तापमान है
Tci इनलेट पर ठंडे द्रव का तापमान है
Tco आउटलेट पर ठंडे तरल पदार्थ का तापमान है
mh गर्म द्रव का द्रव्यमान है (किलोग्राम में)
mc ठंडे द्रव का द्रव्यमान है (किलोग्राम में)
Cph गर्म द्रव की विशिष्ट ऊष्मा है (J/K-Kg में)
Cpc ठंडे द्रव की विशिष्ट ऊष्मा है (J/K-Kg में)

प्लेट हीट एक्सचेंजर्स में, गर्मी अनुभाग के माध्यम से कट जाती है और गर्म और ठंडे तरल पदार्थ को अलग करती है। यह कई औद्योगिक अनुप्रयोगों में हीट एक्सचेंजर का उपयोग किया जाता है. इनका उपयोग में किया जाता है गर्मी पंप, तेल शीतलन प्रणाली, इंजन शीतलन प्रणाली, थर्मल भंडारण प्रणाली आदि।
प्लेट हीट एक्सचेंजर में एक आयताकार/वर्गाकार क्रॉस सेक्शन होता है, इसलिए हाइड्रोलिक व्यास किसके द्वारा दिया जाता है-

                                                                        ध = 2ab/a+b            

कहा पे,
a और b क्रमशः छोटी भुजा और लंबी भुजा की लंबाई हैं।

प्लेट हीट एक्सचेंजर 2
प्लेट हीट एक्सचेंजर
छवि क्रेडिट: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Plate_frame_1.svg

खोल और ट्यूब में हीट एक्सचेंजर टाइप करें, ट्यूब एक बेलनाकार खोल में स्थापित होते हैं। गर्म और ठंडे दोनों तरह के तरल पदार्थ इन नलियों से इस तरह से गुजरते हैं कि एक द्रव दूसरे द्रव के बाहर बहता है। इसके कारण ऊष्मा का स्थानांतरण एक द्रव से दूसरे द्रव में होता है। शेल टाइप हीट एक्सचेंजर का व्यापक रूप से उद्योगों में मुख्य रूप से रासायनिक प्रक्रियाओं और अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है जहां उच्च दबाव की आवश्यकता होती है।
खोल ट्यूब उष्मा का आदान प्रदान करने वाला कुंडलाकार क्रॉस सेक्शन है इसलिए, हाइड्रोलिक व्यास द्वारा दिया गया है

                                                                               Dh = डीडी
शैल ट्यूब
शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर
छवि क्रेडिट: स्ट्रेट-ट्यूब हीट एक्सचेंजर 2-पास

समतुल्य व्यास बनाम हाइड्रोलिक व्यास

समतुल्य व्यास और हाइड्रोलिक व्यास मूल्यों में भिन्न होते हैं। वृत्ताकार वाहिनी का व्यास जो समान देता है दबाव समान प्रवाह के लिए आयताकार वाहिनी के रूप में हानि को समतुल्य व्यास कहा जाता है। भले ही वृत्ताकार नलिकाओं में दिए गए दबाव के नुकसान के लिए कम से कम सतह क्षेत्र होता है, फिर भी वे निर्माण के लिए उपयुक्त नहीं होते हैं। आयताकार नलिकाएं बनाना आसान है इसलिए उनका उपयोग व्यावहारिक मामलों में किया जाता है। कब प्रवाह की दर और दबाव ड्रॉप ज्ञात है, तो एक आयताकार वाहिनी को डिजाइन करने के लिए, हम समान व्यास को खोजने के लिए घर्षण चार्ट का उपयोग करते हैं और फिर किसी एक पक्ष के पहलू अनुपात या लंबाई जैसे कुछ मापदंडों को ठीक करके आवश्यक आयामों का उपयोग करते हैं।

छोटी भुजा और लंबी भुजा की लंबाई के अनुपात को पक्षानुपात कहा जाता है।

एआर = ए / बी
                                                               

हम ह्यूब्स्चर के समतुल्य व्यास समीकरण द्वारा समतुल्य व्यास ज्ञात कर सकते हैं। इसे नीचे दिखाया गया है-
                   डी = 1.30 (एबी)0.625/(ए+बी)0.25

कहा पे,

a और b क्रमशः छोटी भुजा की लंबाई और लंबी भुजा की लंबाई हैं।

हाल के अध्ययनों ने निष्कर्ष निकाला है कि अनुभवजन्य संबंधों से प्राप्त समकक्ष व्यास, पाइपों में दबाव के नुकसान की गणना करते समय विश्वसनीय नहीं है। इसलिए, हम सभी मामलों में हाइड्रोलिक व्यास का उपयोग करते हैं।

द्रव यांत्रिकी और गर्मी हस्तांतरण में हाइड्रोलिक व्यास, समकक्ष व्यास और विशेषता लंबाई के बीच क्या अंतर है?

हाइड्रोलिक व्यास, जैसा कि पहले चर्चा की गई है, एक गैर-वृत्ताकार वाहिनी से नया व्युत्पन्न व्यास है, जिससे प्रवाह की विशेषताएं समान रहती हैं। रेनॉल्ड की संख्या की गणना के लिए हाइड्रोलिक व्यास का उपयोग किया जाता है जो हमें यह समझने में मदद करता है कि प्रवाह लामिना, क्षणिक या अशांत है या नहीं।

वृत्ताकार वाहिनी का व्यास जो समान देता है दबाव समान प्रवाह के लिए आयताकार वाहिनी के रूप में हानि को समतुल्य व्यास कहा जाता है।

एक पाइप में दाब हानि डार्सी-वीसबैक समीकरण द्वारा दी जाती है-  

gif

कहा पे,

ρ द्रव का घनत्व है (kg/m^3)
D पाइप का हाइड्रोलिक व्यास है (मीटर में)
l पाइप की लंबाई है (मीटर में)
v औसत प्रवाह वेग है (m/s में) विशेषता लंबाई मूल रूप से इसके सतह क्षेत्र से विभाजित प्रणाली का आयतन है।
यह कुछ मामलों में हाइड्रोलिक व्यास के बराबर हो सकता है।

गणित के अनुसार,

Lc वी =सतह/Aसतह

स्क्वायर डक्ट के लिए-
Lc = एक

आयताकार वाहिनी के लिए-

एलसी = 2ab/a+b

गर्मी हस्तांतरण में, नुसेल्ट संख्या की गणना के लिए विशेषता लंबाई का उपयोग किया जाता है। संवहन गर्मी हस्तांतरण और प्रवाहकीय गर्मी हस्तांतरण के अनुपात को नुसेल्ट संख्या कहा जाता है। यह दिखाता है कि किस प्रकार का गर्मी हस्तांतरण हावी है।
नुसेल्ट संख्या, नु द्वारा दिया गया है-

Nu = hLc/k

हाइड्रोलिक त्रिज्या और हाइड्रोलिक गहराई / हाइड्रोलिक माध्य गहराई के बीच क्या अंतर है?

एक गलत धारणा है कि हाइड्रोलिक त्रिज्या और हाइड्रोलिक गहराई समान हैं। वे दोनों अलग-अलग अर्थ रखते हैं और द्रव गुणों को मापते समय अलग-अलग महत्व रखते हैं। हाइड्रोलिक त्रिज्या और हाइड्रोलिक गहराई की अवधारणा पर नीचे विस्तार से चर्चा की गई है।

प्रवाह के अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल और गीली परिधि के अनुपात को हाइड्रोलिक त्रिज्या कहा जाता है।
Rh = ए/पी

मुक्त पानी की सतह या ऊपरी सतह की चौड़ाई के प्रवाह के क्रॉस सेक्शनल क्षेत्र के अनुपात को हाइड्रोलिक गहराई कहा जाता है।

Hd = ए/टी

कहा पे,

A प्रवाह का अनुप्रस्थ काट क्षेत्र है
टी ऊपरी सतह या मुक्त सतह तक की चौड़ाई है।

गणितीय रूप से, हाइड्रोलिक माध्य गहराई और हाइड्रोलिक त्रिज्या समान हैं।

द्रव और तापीय विज्ञान में हाइड्रोलिक व्यास का भौतिक महत्व क्या है?

व्यावहारिक रूप से, रेनॉल्ड की संख्या का उपयोग द्रव प्रवाह के व्यवहार या प्रकृति की जांच के लिए किया जाता है। यह बदले में हमें नुसेल्ट संख्या खोजने में मदद करता है जिसका उपयोग तब बंद नाली से गर्मी हस्तांतरण की दर को खोजने के लिए किया जाता है।
इसलिए, रेनॉल्ड की संख्या एक बहुत ही महत्वपूर्ण आयाम रहित संख्या है जो द्रव और तापीय विज्ञान दोनों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। लेकिन रेनॉल्ड की संख्या ज्ञात करने के लिए, पहले हमें बंद नाली का हाइड्रोलिक व्यास ज्ञात करना होगा। गैर-गोलाकार क्रॉस सेक्शन के लिए, हाइड्रोलिक व्यास व्यास का एक मान प्रदान करता है जैसे कि इसकी प्रवाह विशेषताएं एक गोलाकार क्रॉस सेक्शन के बराबर होती हैं।

संवहन ऊष्मा अंतरण और प्रवाहकीय ऊष्मा अंतरण के अनुपात को नुसेल्ट संख्या कहा जाता है।

नुसेल्ट संख्या निम्नलिखित संबंध द्वारा दी गई है-

के लिए पटलीय प्रवाह: नू = 0.332 रे0.5 Pr0.33
अशांत प्रवाह के लिए: Nu = ०.०३९ Re0.8 Pr0.33

कहा पे,
रे रेनॉल्ड की संख्या को दर्शाता है
पीआर प्रांदल संख्या को दर्शाता है

संवेग प्रसार और तापीय विसरण के अनुपात को कहा जाता है Prandtl संख्या. इसका नाम जर्मन वैज्ञानिक लुडविग प्रांड्ल के नाम पर रखा गया है। यह आयामहीन संख्या हमें से संबंधित गणनाओं में मदद करती है मजबूर और प्राकृतिक गर्मी संवहन. इसका महत्व यह है कि यह हमें गति परिवहन और द्रव की तापीय परिवहन क्षमता के बीच संबंध का अध्ययन करने में मदद करता है।

प्रांदल संख्या की गणना नीचे दिए गए सूत्र द्वारा की जाती है-

Pr = μCपी / के

कहा पे,
पीआर प्रांड्ल नंबर है
µ गतिशील है चिपचिपापन
Cp विशिष्ट ऊष्मा है

ध्यान दें कि नुसेल्ट संख्या भी संबंध का उपयोग करके पाई जा सकती है: Nu = hLc/k, जब हम संवहनी और प्रवाहकीय गर्मी प्रतिरोधों के मूल्यों को जानते हैं।

सरल शब्दों में, हाइड्रोलिक व्यास के प्रवाह और दर के व्यवहार को खोजने के लिए आधार बनाता है गर्मी बंद नाली में बहने वाले द्रव से स्थानांतरण। इसके साथ, यह एक गैर-वृत्ताकार नाली को एक वृत्ताकार नाली में परिवर्तित करके हमारे लिए आसान गणनाएँ भी लाता है।