द्वितीयक प्रवाह

द्रव गतिशीलता में, प्रवाह को प्राथमिक प्लस माध्यमिक प्रवाह में विघटित किया जा सकता है, एक अपेक्षाकृत कमजोर प्रवाह प्रतिरूप मजबूत प्राथमिक प्रवाह प्रतिरूप पर आरोपित किया जा सकता है। प्राथमिक प्रवाह को अक्सर सरलीकृत या अनुमानित (उदाहरण के लिए, इनविसीड) संचालन समीकरणों के एक सटीक समाधान के रूप में चुना जाता है, जैसे कि एक पंख के आसपास संभावित प्रवाह या घूर्णन पृथ्वी पर भूस्थैतिक करंट या भूस्थैतिक हवा। उस मामले में, द्वितीयक प्रवाह उन अनुमानित समीकरणों में उपेक्षित जटिल वास्तविक-दुनिया शब्दों के प्रभावों को सार्थक रूप से दिखाता है। उदाहरण के लिए, चिपचिपाहट के परिणामों को श्यान सीमा परत में द्वितीयक प्रवाह द्वारा उजागर किया जाता है, जो चाय पत्ती विरोधाभास को हल करता है। एक अन्य उदाहरण के रूप में, यदि प्राथमिक प्रवाह को शुद्ध बल के साथ एक संतुलित प्रवाह सन्निकटन माना जाता है, तो द्वितीयक परिसंचरण बलों के हल्के असंतुलन के कारण त्वरण में मदद करता है। द्वितीयक प्रवाह के बारे में एक छोटी सी धारणा भी रैखिककरण की सुविधा प्रदान करती है।

अभियांत्रिकी में द्वितीयक प्रवाह एक अतिरिक्त प्रवाह पथ की पहचान भी करता है।

जमीनी स्तर के पास हवा
भौतिकी और कोरिओलिस प्रभाव के बुनियादी सिद्धांत एक अनुमानित भूस्थैतिक हवा या प्रवणता हवा, संतुलित प्रवाह को परिभाषित करते हैं जो आइसोबार (मौसम विज्ञान) के समानांतर हैं। हवा की गति और दिशा के माप जमीन स्तर से ऊपर की ऊंचाई पर इस बात की पुष्टि करते हैं कि हवा इन अनुमानों से अच्छी तरह मेल खाती है। हालांकि, पृथ्वी की सतह के करीब, हवा की गति वायुदाब माप विषयक दबाव प्रवणता द्वारा पूर्वानुमानित से कम है, और हवा की दिशा आंशिक रूप से उनके समानांतर के बजाय समदाब के पार है। समदाब के पार हवा का यह प्रवाह एक द्वितीयक प्रवाह है, प्राथमिक प्रवाह से एक अंतर जो समदाब के समानांतर है। भू-भाग, लहरों, पेड़ों और इमारतों जैसे सतह की खुरदरापन लंबाई तत्वों द्वारा हस्तक्षेप हवा पर खींचता है और संतुलित प्रवाह हासिल करने के लिए आवश्यक गति से हवा को गति देने से रोकता है। नतीजतन, जमीनी स्तर के पास हवा की दिशा आंशिक रूप से क्षेत्र में समदाब के समानांतर है, और आंशिक रूप से उच्च दबाव से कम दबाव की दिशा में समदाब के पार है।

पृथ्वी की सतह पर धीमी हवा की गति के परिणामस्वरूप, कम दबाव के क्षेत्र में वायुदाब माप विषयक दबाव आमतौर पर उम्मीद की तुलना में सतह पर महत्वपूर्ण रूप से अधिक होता है, बर्नौली के सिद्धांत के कारण मध्य ऊंचाई पर बारोमेट्रिक दबाव को देखते हुए। इसलिए, निम्न दबाव के क्षेत्र के केंद्र की ओर द्वितीयक प्रवाह भी मध्य ऊंचाई पर काफी कम दबाव द्वारा ऊपर की ओर खींचा जाता है। कम दबाव वाले क्षेत्र में हवा की धीमी, व्यापक चढ़ाई से व्यापक बादल और वर्षा हो सकती है यदि हवा पर्याप्त उच्च सापेक्ष आर्द्रता का होता है।

उच्च दबाव (एक प्रतिचक्रवात) के क्षेत्र में, द्वितीयक प्रवाह में मध्यम ऊंचाई से लेकर जमीनी स्तर की ओर, और फिर आइसोबर्स के पार जावक से हवा का एक धीमी, व्यापक अवतरण शामिल है। यह वंश सापेक्ष आर्द्रता में कमी लाता है और बताता है कि क्यों उच्च दबाव के क्षेत्र आमतौर पर कई दिनों तक बादल मुक्त आकाश का अनुभव करते हैं।

उष्णकटिबंधीय चक्रवात
एक उष्णकटिबंधीय चक्रवात के चारों ओर प्रवाह अक्सर परिपत्र आइसोबार (मौसम विज्ञान) के समानांतर के रूप में अनुमानित होता है, जैसे कि एक भंवर में। एक मजबूत दबाव प्रवणता तूफान के केंद्र की ओर हवा को खींचता है, एक केन्द्रापसारक बल जो लगभग कोरिओलिस और केन्द्रापसारक बलों द्वारा प्रवणता वायु संतुलन में संतुलित होता है। पृथ्वी की सतह के पास विचलन द्वितीयक प्रवाह चक्रवात के केंद्र की ओर बढ़ता है, जो द्रव्यमान निरंतरता को संतुष्ट करने के लिए नेत्रगोलक में आरोहित होता है। जैसे ही द्वितीयक प्रवाह ऊपर की ओर खींचा जाता है, हवा ठंडा हो जाती है क्योंकि इसका दबाव गिर जाता है, जिससे अत्यधिक भारी वर्षा होती है और अव्यक्त गर्मी निकलती है जो तूफान के ऊर्जा बजट का एक महत्वपूर्ण चालक है।

बवंडर और धूल शैतान
बवंडर और धूल शैतान स्थानीयकृत भंवर प्रवाह प्रदर्शित करते हैं। उनका द्रव गति उष्णकटिबंधीय चक्रवातों के समान है लेकिन बहुत छोटे पैमाने पर ताकि कोरिओलिस प्रभाव महत्वपूर्ण नहीं है। प्राथमिक प्रवाह बवंडर या धूल शैतान के ऊर्ध्वाधर अक्ष के आसपास गोलाकार है। सभी भंवर प्रवाह की तरह, प्रवाह की गति भंवर के कोर पर सबसे तेज होती है। बर्नौली के सिद्धांत के अनुसार जहां हवा की गति सबसे तेज है, वायु दबाव सबसे कम है; और जहां हवा की गति धीमी है, वायु दबाव उच्चतम है। नतीजतन, बवंडर या धूल शैतान के केंद्र के पास हवा का दबाव कम है। भंवर के केंद्र की ओर एक दबाव प्रवणता है। यह ढाल, पृथ्वी की सतह के पास हवा की धीमी गति के साथ, एक शुद्ध गोलाकार शैतान के बजाय, बवंडर या धूल शैतान के केंद्र की ओर एक द्वितीयक प्रवाह का कारण बनता है।

सतह पर हवा की धीमी गति हवा के दबाव को कम होने से रोकती है क्योंकि सामान्य रूप से अधिक ऊंचाई पर वायु दबाव से उम्मीद की जाती है। यह बर्नौली के सिद्धांत के साथ संगत है। द्वितीयक प्रवाह बवंडर या धूल के शैतान के केंद्र की ओर होता है, और फिर एक तूफान के मामले में सतह से कई हजार फीट ऊपर, या एक धूल शैतान के मामले में कई सौ फीट ऊपर नीचे दबाव द्वारा ऊपर खींचा जाता है। बवंडर बहुत विनाशकारी हो सकता है और द्वितीयक प्रवाह मलबे को एक केंद्रीय स्थान में बहाकर कम ऊंचाई तक ले जा सकता है।

धूल के शैतानों को जमीन के स्तर पर उठी धूल से देखा जा सकता है, द्वितीयक प्रवाह से बहकर एक केंद्रीय स्थान पर केंद्रित किया जा सकता है। फिर धूल के संचय के साथ द्वितीयक प्रवाह ऊपर की ओर तीव्र निम्न दबाव के क्षेत्र में होता है जो जमीन के प्रभाव के बाहर मौजूद होता है।

कटोरी या प्याले में वर्तुल प्रवाह
जब एक गोलाकार कटोरे या कप में पानी गोलाकार गति में चल रहा होता है, तो पानी मुक्त-वोर्टेक्स प्रवाह को प्रदर्शित करता है - कटोरे या कप कताई के केंद्र में अपेक्षाकृत उच्च गति से पानी, और परिधि पर पानी अधिक धीमी गति से। पानी परिधि पर थोड़ा गहरा और केंद्र में थोड़ा अधिक उथला होता है, और पानी की सतह सपाट नहीं होती है, लेकिन कताई द्रव की धुरी की ओर विशिष्ट अवसाद प्रदर्शित करती है। पानी के भीतर किसी भी ऊंचाई पर दबाव कटोरे या कप की परिधि के पास थोड़ा अधिक होता है जहां पानी केंद्र के पास की तुलना में थोड़ा अधिक गहरा होता है। पानी का दबाव थोड़ा अधिक है जहां पानी की गति थोड़ी धीमी है, और दबाव थोड़ा कम है जहां गति तेज है, और यह बर्नौली के सिद्धांत के अनुरूप है

कटोरे या कप की परिधि से केंद्र की ओर एक दबाव प्रवणता है। यह दबाव प्रवणता पानी के प्रत्येक पार्सल की गोलाकार गति के लिए आवश्यक अभिकेन्द्रीय बल प्रदान करता है। दबाव प्रवणता कटोरे या कप के फर्श पर बहने वाले पानी में सीमा परत के द्वितीयक प्रवाह के लिए भी जिम्मेदार है। सीमा परत में पानी की धीमी गति दबाव प्रवणता को संतुलित करने में असमर्थ है। सीमा परत पानी के परिसंचरण की धुरी की ओर अंदर की ओर सर्पिल होती है। केंद्र तक पहुंचने पर द्वितीयक प्रवाह फिर सतह की ओर ऊपर की ओर होता है, जो उत्तरोत्तर प्राथमिक प्रवाह के साथ मिल जाता है। सतह के पास परिधि की ओर बाहर की ओर एक धीमी माध्यमिक प्रवाह भी हो सकता है।

कटोरे या कप के फर्श के साथ द्वितीयक प्रवाह को भारी कणों जैसे चीनी, रेत, चावल या चाय के पत्तों को पानी में छिड़ककर देखा जा सकता है और फिर हाथ या चम्मच से हिलाकर गोलाकार गति में पानी डालते हैं। सीमा परत अंदर की ओर सर्पिल होती है और भारी ठोस पदार्थों को कटोरे या कप के केंद्र में एक साफ ढेर में साफ करती है। एक कटोरे या कप में बहते पानी के साथ, प्राथमिक प्रवाह विशुद्ध रूप से गोलाकार होता है और परिधि के बाहर भारी कणों को बाहर की ओर बहने की उम्मीद की जा सकती है। इसके बजाय, फर्श पर माध्यमिक प्रवाह के परिणामस्वरूप केंद्र में भारी कणों को इकट्ठा होते देखा जा सकता है।

नदी झुकती है
नदी में मोड़ से बहने वाले पानी को नदी के किनारे रहने के लिए घुमावदार धारा का पालन करना चाहिए। संतल तट के पास की तुलना में पानी की सतह थोड़ी अधिक होती है। (अवतल किनारे अधिक से अधिक त्रिज्या है। उत्तल किनारे की त्रिज्या छोटी है। नतीजतन, नदी के भीतर किसी भी ऊंचाई पर, संतल तट के पास की तुलना में पानी का दबाव थोड़ा अधिक होता है। अवतल किनारे से दूसरेकिनारे की ओर दबाव प्रवणता का परिणाम होता है। पानी के प्रत्येक पार्सल के घुमावदार मार्ग के लिए केन्द्रापसारक बल आवश्यक हैं, जो दबाव प्रवणता द्वारा प्रदान किया जाता है।

मोड़ के चारों ओर प्राथमिक प्रवाह भंवर प्रवाह है - सबसे तेज गति जहां धारा के वक्रता की त्रिज्या सबसे छोटी और धीमी गति है जहां त्रिज्या सबसे बड़ा है। अवतल (बाहरी)किनारे के पास उच्च दबाव धीमी पानी की गति के साथ होता है, और उत्तल किनारे के पास कम दबाव तेज पानी की गति के साथ होता है, और यह सब बर्नौली के सिद्धांत के अनुरूप है।

एक द्वितीयक प्रवाह नदी के तल के साथ सीमा परत में परिणत होता है। दबाव प्रवणता को संतुलित करने के लिए सीमा परत पर्याप्त तेजी से नहीं बढ़ रही है और इसलिए इसका मार्ग आंशिक रूप से नीचे की ओर है और आंशिक रूप से अवतलकिनारे से उत्तलकिनारे की ओर प्रवाहित होता है, जो दबाव प्रवणता द्वारा संचालित होता है। द्वितीयक प्रवाह तब सतह की ओर ऊपर की ओर होता है जहां यह प्राथमिक प्रवाह के साथ मिश्रित होता है या धीरे-धीरे सतह के पार अवतलकिनारे की ओर बढ़ता है। इस गति को हेलिकॉइडल प्रवाह कहा जाता है।

नदी के तल पर माध्यमिक प्रवाह नदी के पार रेत, गाद और बजरी को बहाता है और उत्तल किनारे के पास ठोस पदार्थ जमा करता है, इसी तरह चीनी या चाय की पत्तियों को एक कटोरे या कप के केंद्र की ओर बहाया जाता है जैसा कि ऊपर वर्णित है। इस प्रक्रिया से डी-आकार के द्वीपों का उच्चारण या निर्माण हो सकता है, कटकिनारेों के निर्माण के माध्यम से मेन्डर्स और बिंदु पट्टी का विरोध कर सकते हैं जिसके परिणामस्वरूप एक ऑक्सबो झील हो सकती है। नदी का उत्तल (आंतरिक) किनारा उथला होता है और रेत, गाद और महीन बजरी से बना होता है; अवतल (बाहरी)किनारे भारी कटाव के कारण खड़ी और ऊँची हो जाती है।

टर्बोमशीनरी
टर्बोमशीनरी में माध्यमिक प्रवाह के लिए अलग-अलग परिभाषाएँ सामने रखी गई हैं, जैसे कि व्यापक शब्दों में माध्यमिक प्रवाह का अर्थ है इच्छित प्राथमिक प्रवाह के समकोण पर प्रवाह। माध्यमिक प्रवाह मुख्य, या प्राथमिक, टर्बोमशीनरी कंप्रेशर्स और टर्बाइनों में प्रवाह पथ में होता है (गैस टरबाइन इंजन की द्वितीयक वायु प्रणाली में प्रवाह के लिए शब्द का असंबंधित उपयोग भी देखें)। वे हमेशा मौजूद रहते हैं जब एक दीवार की सीमा परत को एक घुमावदार सतह द्वारा एक कोण से घुमाया जाता है। वे कुल दबाव हानि का एक स्रोत हैं और उस दक्षता को सीमित करते हैं जो कंप्रेसर या टरबाइन के लिए प्राप्त की जा सकती है। प्रवाह की मॉडलिंग नुकसान को कम करने के लिए ब्लेड, फलक और अंत-दीवार सतहों को आकार देने में सक्षम बनाती है। माध्यमिक प्रवाह एक केन्द्रापसारक कंप्रेसर में प्ररित करनेवाला भर में होते हैं लेकिन छोटे मार्ग की लंबाई के कारण अक्षीय कंप्रेशर्स में कम चिह्नित होते हैं। अक्षीय कंप्रेशर्स में फ्लो टर्निंग कम होता है, लेकिन एनलस दीवारों पर सीमा परतें मोटी होती हैं जो महत्वपूर्ण माध्यमिक प्रवाह देती हैं। टर्बाइन ब्लेडिंग और वेन्स में फ्लो टर्निंग अधिक है और मजबूत माध्यमिक प्रवाह उत्पन्न करता है। तरल पदार्थ के लिए पंपों में द्वितीयक प्रवाह भी होता है और इसमें इनलेट प्रीरोटेशन, या इनटेक वर्टिसिटी, टिप क्लीयरेंस फ्लो (टिप लीकेज), डिजाइन की स्थिति से दूर संचालन और द्वितीयक वर्टिसिटी शामिल होते हैं। निम्नलिखित, डिक्सन से, एक अक्षीय कंप्रेसर ब्लेड या स्टेटर मार्ग में प्रवाह मोड़ से उत्पन्न द्वितीयक प्रवाह दिखाता है। दृष्टिकोण वेग c1 के साथ प्रवाह पर विचार करें। वलय दीवार और द्रव के बीच घर्षण के कारण वेग प्रोफ़ाइल गैर-समान होगी। इस सीमा परत की वर्टिसिटी एप्रोच वेलोसिटी के लिए सामान्य है $$c_{1}$$ और परिमाण का $$w_1=\frac{dc_1}{dz},$$ जहाँ z दीवार से दूरी है।

चूंकि एक दूसरे पर प्रत्येक ब्लेड की वर्टिसिटी विपरीत दिशाओं की होगी, एक सेकेंडरी वर्टिसिटी उत्पन्न होगी। यदि गाइड वेन्स के बीच विक्षेपण कोण, ई छोटा है, तो द्वितीयक वर्टिसिटी का परिमाण इस प्रकार दर्शाया जाता है $$w_s = -2e \left(\frac{dc_1}{dz}\right)$$ यह माध्यमिक प्रवाह ब्लेड की लंबाई के साथ माध्यमिक वर्टिसिटी के वितरण का एकीकृत प्रभाव होगा।

गैस टर्बाइन इंजन
गैस टर्बाइन इंजन में कंप्रेसर के माध्यम से गुजरने वाला एक बिजली उत्पादक प्राथमिक वायु प्रवाह होता है। उनके पास पर्याप्त मात्रा में (प्रैट एंड व्हिटनी PW2000 में मूल प्रवाह का 25%) है द्वितीयक प्रवाह प्राथमिक प्रवाह से प्राप्त होता है और जिसे कंप्रेसर से पंप किया जाता है और द्वितीयक वायु प्रणाली द्वारा उपयोग किया जाता है। टर्बोमशीनरी में द्वितीयक प्रवाह की तरह यह द्वितीयक प्रवाह भी इंजन की शक्ति-उत्पादन क्षमता का नुकसान है।

वायु-श्वास प्रणोदन प्रणाली
थ्रस्ट-उत्पादक प्रवाह जो एक इंजन थर्मल चक्र से होकर गुजरता है, प्राथमिक वायु प्रवाह कहलाता है। टर्बोजेट इंजन के रूप में केवल चक्र प्रवाह का उपयोग अपेक्षाकृत अल्पकालिक था। प्रोपेलर या टर्बोमाचिन पंखे के माध्यम से वायु प्रवाह को द्वितीयक प्रवाह कहा जाता है और यह थर्मल चक्र का हिस्सा नहीं है। द्वितीयक प्रवाह का यह उपयोग नुकसान को कम करता है और प्रणोदन प्रणाली की समग्र दक्षता को बढ़ाता है। द्वितीयक प्रवाह इंजन के माध्यम से कई गुना अधिक हो सकता है।

सुपरसोनिक वायु-श्वास प्रणोदन प्रणाली
1960 के दशक के दौरान वाणिज्यिक और सैन्य विमानों के लिए मच 2 से 3 के बीच की गति पर परिभ्रमण किया गया। कॉनकॉर्ड, उत्तर अमेरिकी XB-70 और लॉकहीड एसआर-71 ने इजेक्टर-टाइप सुपरसोनिक नोजल का इस्तेमाल किया, जिसमें इंजन कंप्रेसर के इनलेट अपस्ट्रीम से द्वितीयक प्रवाह प्राप्त होता था। द्वितीयक प्रवाह का उपयोग इंजन कंपार्टमेंट को शुद्ध करने, इंजन केस को ठंडा करने, इजेक्टर नोजल को ठंडा करने और प्राथमिक विस्तार को कुशन करने के लिए किया गया था। इंजन नोजल के माध्यम से प्राथमिक गैस प्रवाह की पम्पिंग क्रिया और इनलेट में राम के दबाव से द्वितीयक प्रवाह को बाहर निकाल दिया गया था।

संदर्भ

 * Dixon, S.L. (1978), Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery pp 181–184, Third edition, Pergamon Press Ltd, UK ISBN 0-7506-7870-4

बाहरी कड़ियाँ

 * Coupled CFD and Thermal Steady State Analysis of Steam Turbine Secondary Flow Path
 * Secondary flow on Youtube