आयतन प्रवाह दर और घनत्व: प्रभाव, संबंध, समस्या उदाहरण

इस लेख में हम आयतन प्रवाह दर और घनत्व के बीच संबंध के बारे में चर्चा करेंगे।

एक प्रक्रिया उद्योग में का मापन प्रवाह की दरएक तरल पदार्थ का (द्रव्यमान और आयतन प्रवाह दर दोनों) बहुत महत्वपूर्ण है। यदि हम विशेष द्रव के घनत्व को जानते हैं तो हम आयतन प्रवाह दर को परिवर्तित कर सकते हैं सामूहिक प्रवाह दर एक विशेष पाइप लाइन और इसके विपरीत।

कुछ मामलों में मास फ्लो रेट की तुलना में वॉल्यूमेट्रिक फ्लो रेट को मापना बेहतर होता है क्योंकि वॉल्यूम फ्लो मापने वाले डिवाइस मास फ्लो मापने वाले उपकरणों की तुलना में कम महंगे होते हैं।

लेकिन अगर हम द्रव के घनत्व को जानते हैं तो हम मापी गई मात्रा प्रवाह दर को आवश्यकता के अनुसार द्रव्यमान प्रवाह दर के रूप में आसानी से परिवर्तित कर सकते हैं।

 वॉल्यूम फ्लो रेट प्रति यूनिट समय प्रवाह मापक यंत्र से गुजरने वाले किसी भी तरल पदार्थ की मात्रा का माप है। इकाइयां लीटर/मिनट, घन सेंटीमीटर प्रति मिनट आदि हैं। इसे Q द्वारा निरूपित किया जाता है।

घनत्व किसी पदार्थ का भौतिक गुण है जो एक इकाई आयतन में निहित द्रव्यमान को संदर्भित करता है। इकाइयाँ किलोग्राम/घन मीटर, ग्राम/घन मीटर आदि हैं। इसे से दर्शाया जाता है।

 आयतन प्रवाह दर और घनत्व संबंध

घनत्व, =द्रव्यमान/आयतन=m/V

वॉल्यूम प्रवाह दर, क्यू = वी / टी

कहा पे,

Q= आयतन प्रवाह दर m3/s या L/s।

V=लीटर या घन मीटर में द्रव का आयतन

= प्रवाह का औसत वेग m/s . में

(औसत मान माना जाता है क्योंकि प्रत्येक भाग पर द्रव का वेग समान नहीं होता है)

ए = चलती तरल पदार्थ द्वारा कब्जा कर लिया गया क्रॉस सेक्शनल क्षेत्र एम².

अत,

क्यू = पार अनुभागीय क्षेत्र x औसत वेग

सामूहिक प्रवाह दर द्वारा दिया गया है

=द्रव्यमान/समय=एम/टी

हम जानते हैं कि, द्रव्यमान = घनत्व x आयतन

एम = ρ। वी

दोनों पक्षों को t (समय) से गुणा करने पर,

एम/टी= .V/t=ρ.Q

या,ṁ =ρ.Q

यदि हम द्रव के घनत्व और उसके आयतन प्रवाह दर को गुणा करते हैं तो हमें द्रव का द्रव्यमान प्रवाह दर प्राप्त होगा। सरल शब्दों में सामूहिक प्रवाह दर इसकी मात्रा प्रवाह दर का घनत्व गुना है।

वॉल्यूमेट्रिक फ्लो रेट से घनत्व की गणना कैसे करें?

घनत्व महत्वपूर्ण भौतिक गुणों में से एक है और इसका प्रवाह दरों पर प्रभाव पड़ता है।

घनत्व द्रव के प्रकार और वायुमंडलीय स्थितियों के अनुसार बदलता रहता है। उदाहरण के लिए, ठंडे पानी का घनत्व और गर्म पानी अलग हैं। हालांकि तेल और पानी दोनों तरल हैं, लेकिन उनके घनत्व में बहुत अंतर है।

आयतन प्रवाह दर द्वारा दिया जाता है

Q=V/t समीकरण(1)

जहां, वी=वॉल्यूम

टी = समय

आयतन, V=द्रव्यमान/घनत्व

या वी = एम / ρ

eq (1) में V का मान रखने पर

क्यू = एम / ρ। टी

ρ = एम / क्यू। टी ईक(2)

=द्रव्यमान प्रवाह दर/मात्रा प्रवाह दर         

घनत्व और प्रवाह दर

एक प्रक्रिया रेखा की प्रवाह दर वह दर है जिस पर एक तरल पदार्थ इसके माध्यम से गुजर रहा है।

आम तौर पर प्रवाह दर को मास फ्लो रेट (किलो / मिनट) और वॉल्यूम फ्लो रेट (एल / मिनट) के संदर्भ में व्यक्त किया जाता है। घनत्व द्रव्यमान से आयतन का अनुपात है(किग्रा/m³).

घनत्व और प्रवाह दर के बीच संबंध इस प्रकार दिया गया है:

घनत्व,ρ=द्रव्यमान प्रवाह दर/मात्रा प्रवाह दर

घनत्व (ρ) किसी पदार्थ का द्रव्यमान प्रति इकाई आयतन है। उच्च घनत्व वाले द्रव का अर्थ है प्रति इकाई आयतन में अणुओं की अधिक संख्या अर्थात अधिक चिपचिपा या भारी और द्रव को स्थानांतरित करने के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है जिसके परिणामस्वरूप कम वेग होता है।

घनत्व सीधे दबाव के साथ बदलता है और तापमान के विपरीत होता है। चूंकि तरल पदार्थ आमतौर पर प्रकृति में असंपीड्य होते हैं, इसलिए तरल के घनत्व माप पर दबाव का कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। केवल तापमान में परिवर्तन पर विचार किया जाना है।

गैसें प्रकृति में संकुचित होती हैं और तापमान और दबाव में बदलाव के साथ गैसों का घनत्व बदल जाता है।

घनत्व प्रवाह दर से कैसे संबंधित है?

एक उद्योग में प्रक्रियाओं को नियंत्रित करने के लिए और एक प्रक्रिया से अधिकतम उत्पादन प्राप्त करने के लिए द्रव प्रवाह दर के विशिष्ट मूल्य की हमेशा आवश्यकता होती है।

घनत्व किसी पदार्थ के भौतिक गुणों में से एक है जो तापमान परिवर्तन से प्रभावित होता है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, पदार्थ के अणुओं की गतिज ऊर्जा भी बढ़ती है जिसके परिणामस्वरूप पदार्थ के घनत्व में परिवर्तन होता है।

एक उद्योग में सटीक माप प्राप्त करने के लिए विभिन्न प्रवाह मापने वाले उपकरणों का उपयोग किया जाता है। किसी तरल पदार्थ की प्रवाह दर का अंदाजा लगाने के लिए हमें द्रव घनत्व का भी ज्ञान होना चाहिए।

द्रव का घनत्व तापमान के साथ बदलता रहता है, अब औद्योगिक प्रक्रिया में यदि तापमान में परिवर्तन होता है, तो यह द्रव के घनत्व में कमी की ओर जाता है, जिसके परिणामस्वरूप मात्रा में वृद्धि होती है। इसी तरह, जब तापमान घटता है तो उच्च द्रव घनत्व के कारण वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह कम हो जाता है।

तापमान में भिन्नता के कारण वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह में यह भिन्नता गलत लेखांकन और प्रक्रिया के बड़े पैमाने पर संतुलन की ओर ले जाती है। समान औद्योगिक प्रक्रियाओं का मुकाबला करने के लिए आमतौर पर एक प्रक्रिया को अंजाम दिया जाता है जिसे प्रवाह का तापमान मुआवजा कहा जाता है।

संपीड़ित तरल पदार्थ (गैसों) के मामले में, तापमान दबाव के साथ-साथ द्रव के घनत्व पर भी महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। इसलिए गैसों के लिए प्रतिपूरक प्रवाह तापमान और दबाव दोनों के साथ घनत्व परिवर्तन को ध्यान में रखता है।

पीवी=एनआरटी समीकरण(1)

जहाँ, n=m/M_w

ρ = एम / वी

समीकरण 1 से

=पीएम_w/आरटी समीकरण(2)

• पी = दबाव
• टी = तापमान
• वी = वॉल्यूम
• मेगावाट = आणविक भार
• n = मोलों की संख्या
• आर = गैस स्थिरांक
• = भाप या गैस घनत्व

विभिन्न स्थितियों के आधार पर हमें डिजाइन और वास्तविक स्थितियों के लिए अलग-अलग आउटपुट मिलेंगे।

का उपयोग करना_{वास्तविक}और ρ_{डिज़ाइन} सूत्र, हम दबाव और तापमान मुआवजे पर विचार करते हुए प्रक्रिया के वास्तविक घनत्व के लिए सूत्र प्राप्त कर सकते हैं।

घनत्व आयतन प्रवाह दर को कैसे प्रभावित करता है?

किसी पदार्थ के आयतन और उसके द्रव्यमान के अनुपात को घनत्व के रूप में जाना जाता है।

जब भी हम किसी तरल या गैस पर ऊष्मा लगाते हैं तो अणुओं की गतिज ऊर्जा बढ़ जाती है जिसके कारण वे एक बड़े स्थान को कवर कर लेते हैं जिसके परिणामस्वरूप उच्च आयतन होता है। इसका तात्पर्य यह है कि घनत्व तापमान के व्युत्क्रमानुपाती होता है।

 दूसरी ओर यदि किसी पिंड पर दबाव डाला जाता है तो यह संकुचित हो जाता है जिसके परिणामस्वरूप कम आयतन और उच्च घनत्व होता है।

प्रवाह दर के बारे में अधिक जानने के लिए (यहाँ क्लिक करें)

प्रवाह दर और घनत्व से संबंधित समस्याएं

उदाहरण 1: तरल का घनत्व है एक तरल आंतरिक त्रिज्या 6 सेमी के एक पाइप के माध्यम से 12m/s के वेग से बह रहा है और घनत्व 940 kg/m है³प्रवाह की द्रव्यमान प्रवाह दर निर्धारित करें।

उपाय:

यहाँ वेग, v=12m/s, पाइप की त्रिज्या, r=6 cm, द्रव का घनत्व, =940 kg/m³=

 पाइप का क्षेत्रफल = π. आर²=π। 6² cm²= 113.04 सेमी²=0.011304 एम²

आयतन प्रवाह दर= Q= v. A=12 । 0.011304 = 0.1356 एम³/s

मास फ्लो रेट, = क्यू। ρ=0.1356 एम³/एस । 940 किग्रा / मी³= 127.50 किग्रा/से.

उदाहरण 2: एक वृत्ताकार पाइप से बहते पानी का वेग ज्ञात कीजिए। यहां पाइप की आंतरिक त्रिज्या 2cm है ​​और प्रवाह दर अगर पानी 0. 056m3/s है। पानी के घनत्व को ρ=998kg/m3 के रूप में लें।

उपाय:

यहाँ पाइप की त्रिज्या, r=2 cm, प्रवाह की दर, क्यू=0.056m3/s, घनत्व, =998 किग्रा/m³

पाइप का क्षेत्रफल = । आर² = . 2² cm²= 12.56 सेमी²=0.00125 एम²

सामूहिक प्रवाह दर, = क्यू। = 0.056 वर्ग मीटर³/एस । 998 किग्रा / मी³=55.88 किग्रा/से

वेग =ṁ /ρ .A=79.3m/s

संगीता दास

मैं संगीता दास हूं. मैंने आईसी इंजन और ऑटोमोबाइल में विशेषज्ञता के साथ मैकेनिकल इंजीनियरिंग में मास्टर डिग्री पूरी की है। मेरे पास उद्योग और शिक्षा क्षेत्र में लगभग दस वर्षों का अनुभव है। मेरी रुचि के क्षेत्र में आईसी इंजन, एयरोडायनामिक्स और फ्लूइड मैकेनिक्स शामिल हैं। आप मुझ तक यहां पहुंच सकते हैं