थर्मल हाइड्रोलिक्स

थर्मल जलगति विज्ञान (जिसे थर्मोहाइड्रोलिक्स भी कहा जाता है) थर्मल तरल पदार्थों में हाइड्रोलिक्स प्रवाह का अध्ययन है। क्षेत्र को मुख्य रूप से तीन भागों में विभाजित किया जा सकता है: ऊष्मप्रवैगिकी, द्रव [[यांत्रिकी]], और गर्मी हस्तांतरण, लेकिन वे अक्सर  दूसरे से निकटता से जुड़े होते हैं।  सामान्य उदाहरण बिजली संयंत्रों में भाप उत्पादन और यांत्रिकी गति से संबंधित ऊर्जा हस्तांतरण और इस प्रक्रिया से गुजरते समय पानी की थर्मोडायनामिक अवस्था में परिवर्तन है। थर्मल-हाइड्रोलिक विश्लेषण रि्टर डिजाइन के लिए महत्वपूर्ण पैरामीटर जैसे संयंत्र दक्षता और सिस्टम की शीतलता निर्धारित कर सकता है। सामान्य विशेषण थर्मोहाइड्रोलिक, थर्मल-हाइड्रोलिक और थर्मलहाइड्रोलिक हैं।

थर्मोडायनामिक विश्लेषण
थर्मोडायनामिक विश्लेषण में, सिस्टम में परिभाषित सभी थर्मोडायनामिक अवस्था को थर्मोडायनामिक संतुलन में माना जाता है; प्रत्येक अवस्था में यांत्रिक, तापीय और चरण संतुलन होता है, और समय के संबंध में कोई स्थूल परिवर्तन नहीं होता है। प्रणाली के विश्लेषण के लिए, थर्मोडायनामिक्स का पहला नियम और थर्मोडायनामिक्स का ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम लागू किया जा सकता है। बिजली संयंत्र विश्लेषण में, राज्यों की  श्रृंखला में थर्मोडायनामिक चक्र शामिल हो सकता है। इस मामले में, प्रत्येक राज्य व्यक्तिगत घटक के इनलेट/आउटलेट पर स्थिति का प्रतिनिधित्व करता है। घटकों के उदाहरण पंपकंप्रेसर, टर्बाइन, रि्टर और  उष्मा का आदान प्रदान करने वाला  हैं। दिए गए प्रकार के तरल पदार्थ के लिए संवैधानिक समीकरण पर विचार करके, प्रत्येक बिंदु की थर्मोडायनामिक स्थिति का विश्लेषण किया जा सकता है। परिणामस्वरूप, चक्र की तापीय दक्षता को परिभाषित किया जा सकता है।

चक्र के उदाहरणों में कार्नोट चक्र, ब्रेटन चक्र और रैंकिन चक्र शामिल हैं। सरल चक्र के आधार पर संशोधित या संयुक्त चक्र भी अस्तित्व में है।

थर्मो-हाइड्रोलिक सुधार पैरामीटर (THIP)
लेखक (साहू एट अल.[6]) मानते हैं कि थर्मो-हाइड्रोलिक पैरामीटर (टीएचपी) घर्षण कारक सुधार कारक (एफएफईआर) के प्रति कम संवेदनशील है। (रे) 2900 - 14,000 के साथ खुरदरेपन और अन्य मापदंडों की सीमा के लिए (एफआर/एफएस) और (एफआर/एफएस)0.33 के बीच विचलन 48% से 64% पाया गया है, जिसका उपयोग वर्तमान अध्ययन के लिए किया गया है। इसलिए, थर्मल सिस्टम में गर्मी हस्तांतरण (एनयू) और घर्षण कारक (एफ) में वृद्धि के समान अनुपात में मूल्यांकन करने के लिए वर्तमान कार्य का उपयोग करके नया पैरामीटर प्रस्तावित और पेश किया गया है जो अधिक यथार्थवादी है और इसे थर्मो- नाम दिया गया है। हाइड्रोलिक इम्प्रूवमेंट पैरामीटर (THIP), और इसका मूल्यांकन (NNIF) से (FFIF)[6] के अनुपात के रूप में किया जा सकता है।

जहां (एनएनआईएफ)=नुसेल्ट संख्या सुधार कारक और (एफएफआईएफ)=घर्षण कारक सुधार कारक

तापमान वितरण
सिस्टम को समझने के लिए तापमान महत्वपूर्ण मात्रा है। घनत्व, तापीय चालकता, चिपचिपाहट और ऊष्मा क्षमता जैसे भौतिक गुण तापमान पर निर्भर करते हैं, और बहुत अधिक या कम तापमान सिस्टम में अप्रत्याशित परिवर्तन ला सकता है। ठोस में, ऊष्मा समीकरण का उपयोग दी गई ज्यामिति के साथ सामग्री के अंदर तापमान वितरण प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है।

स्थिर-अवस्था और स्थिर स्थिति के लिए, ऊष्मा समीकरण को इस प्रकार लिखा जा सकता है


 * $$0 =\,\nabla\cdot k \,\nabla T\ \ +q''' $$

जहां फूरियर का नियम|फूरियर का चालन नियम लागू होता है।

द्रव गतिकी में सीमा स्थितियों को लागू करने से तापमान वितरण के लिए समाधान मिलता है।

ल-चरण ताप स्थानांतरण
ल-चरण ऊष्मा स्थानांतरण में, संवहन अक्सर ऊष्मा स्थानांतरण का प्रमुख तंत्र होता है। रुद्धोष्म प्रवाह के लिए जहां प्रवाह को गर्मी प्राप्त होती है, शीतलक का तापमान प्रवाहित होने पर बदल जाता है। ल-चरण ताप स्थानांतरण का उदाहरण गैस-ठंडा रि्टर और पिघला हुआ नमक रि्टर | पिघला हुआ नमक रि्टर है।

ल-चरण गर्मी हस्तांतरण को चिह्नित करने का सबसे सुविधाजनक तरीका अनुभवजन्य दृष्टिकोण पर आधारित है, जहां दीवार और थोक प्रवाह के बीच तापमान अंतर गर्मी हस्तांतरण गुणांक से प्राप्त किया जा सकता है। गर्मी हस्तांतरण गुणांक कई कारकों पर निर्भर करता है: गर्मी हस्तांतरण का तरीका (उदाहरण के लिए, आंतरिक प्रवाह या बाहरी प्रवाह), तरल पदार्थ का प्रकार, सिस्टम की ज्यामिति, प्रवाह शासन (उदाहरण के लिए, लैमिनर प्रवाह या अशांत प्रवाह), सीमा स्थिति, आदि।

गर्मी हस्तांतरण सहसंबंध के उदाहरण हैं डिटस-बोएल्टर समीकरण|डिटस-बोएल्टर सहसंबंध (अशांत मजबूर संवहन), गर्मी हस्तांतरण गुणांक#संवहनी गर्मी हस्तांतरण सहसंबंध|चर्चिल और चू (प्राकृतिक संवहन)।

बहु-चरण ताप स्थानांतरण
ल-चरण ऊष्मा स्थानांतरण की तुलना में, चरण परिवर्तन के साथ ऊष्मा स्थानांतरण ऊष्मा स्थानांतरण का प्रभावी तरीका है। इसमें आम तौर पर प्रवाह के प्रेरित मिश्रण के बाद चरण परिवर्तन की गुप्त गर्मी के बड़े मूल्य के कारण गर्मी हस्तांतरण गुणांक का उच्च मूल्य होता है। उबलना और संघनन ऊष्मा स्थानांतरण व्यापक श्रेणी की घटनाओं से संबंधित हैं।

पूल उबलना
पूल का उबलना स्थिर तरल पदार्थ पर उबलना है। इसका व्यवहार न्यूक्लियेट उबलने # तंत्र द्वारा अच्छी तरह से चित्रित किया गया है, जो सतह की अतिताप की मात्रा और सतह पर लागू ऊष्मा प्रवाह के बीच संबंध को दर्शाता है। सुपरहीट की अलग-अलग डिग्री के साथ, वक्र प्राकृतिक संवहन, न्यूक्लियेट उबलने की शुरुआत, न्यूक्लियेट उबलने, महत्वपूर्ण गर्मी प्रवाह, संक्रमण उबलते, और फिल्म उबलने से बना है। प्रत्येक शासन में ऊष्मा स्थानांतरण का  अलग तंत्र होता है और ऊष्मा स्थानांतरण गुणांक के लिए अलग-अलग सहसंबंध होता है।

प्रवाह उबलना
प्रवाह उबलना बहते हुए तरल पदार्थ पर उबलना है। पूल उबलने की तुलना में, प्रवाह उबलने वाला ताप स्थानांतरण प्रवाह दबाव, द्रव्यमान प्रवाह दर, द्रव प्रकार, अपस्ट्रीम स्थिति, दीवार सामग्री, सिस्टम ज्यामिति और लागू ताप प्रवाह सहित कई कारकों पर निर्भर करता है। प्रवाह उबलने की विशेषता के लिए परिचालन स्थिति पर व्यापक विचार की आवश्यकता होती है। 2021 में फ्लो बॉयलिंग का उपयोग करके  प्रोटोटाइप विद्युतीय वाहन चार्जिंग केबल 24.22 किलोवाट गर्मी को दूर करने में सक्षम थी, जिससे चार्जिंग करंट 2,400 एम्पियर तक पहुंच गया, जो कि 520 एम्पीयर तक की अत्याधुनिक चार्जिंग केबलों की तुलना में कहीं अधिक है।

क्रिटिकल हीट फ्लक्स

न्यूक्लियेट उबलने के कारण गर्मी हस्तांतरण गुणांक दीवार सुपरहीट के साथ बढ़ता है जब तक कि वे निश्चित बिंदु तक नहीं पहुंच जाते। जब लागू ऊष्मा प्रवाह निश्चित सीमा से अधिक हो जाता है, तो प्रवाह की ऊष्मा स्थानांतरण क्षमता कम हो जाती है या काफी कम हो जाती है। आम तौर पर, महत्वपूर्ण ताप प्रवाह न्यूक्लियेट उबलने से मेल खाता है # दबाव वाले पानी रि्टर में न्यूक्लियेट उबलते से प्रस्थान और उबलते पानी रि्टर में सूखापन। पोस्ट-डीएनबी या पोस्ट-ड्राईआउट में देखी गई कम गर्मी हस्तांतरण गुणांक के परिणामस्वरूप उबलने वाली सतह को नुकसान होने की संभावना है। क्रिटिकल हीट फ्लक्स से संबंधित सटीक बिंदु और ट्रिगरिंग तंत्र को समझना रुचि का विषय है।

पोस्ट-सीएचएफ हीट ट्रांसफर
डीएनबी प्रकार के उबलने के संकट के लिए, प्रवाह को तरल और दीवार के बीच वाष्प द्रव के रेंगने की विशेषता है। संवहनशील ऊष्मा स्थानांतरण के शीर्ष पर, थर्मल विकिरण ऊष्मा स्थानांतरण में योगदान देता है। सूखने के बाद, प्रवाह व्यवस्था को उल्टे कुंडलाकार से धुंध प्रवाह में स्थानांतरित कर दिया जाता है।

अन्य घटनाएँ
अन्य थर्मल हाइड्रोलिक घटनाएं रुचि का विषय हैं:


 * अवरुद्ध प्रवाह
 * प्रतिधारा प्रवाह सीमा
 * वाष्पीकरण
 * प्रवाह अस्थिरता
 * पुनः गीला करना

यह भी देखें

 * गर्मी
 * गर्मी पंप
 * गर्मी हस्तांतरण गुणांक

संदर्भ
[6] Mukesh Kumar Sahu, Manjeet Kharub, Mahalingam Murugesan Matheswaran. “Nusselt number and friction factor correlation development for arc‑shape apex upstream artificial roughness in solar air heater.” Environmental Science and Pollution Research. Vol. 26, Pages-65025–65042, 2022.