View source for ताप गुरुत्वाकर्षण चक्र

{{short description|Type of thermodynamic fluid effect}}
एक अधोगामी गुरूत्वीय चक्र एक प्रतिवर्ती [[थर्मोडायनामिक चक्र]] है जो वजन और [[उछाल]] के गुरुत्वाकर्षण [[कार्य (भौतिकी)|कार्य]] का उपयोग एक कार्यशील तरल पदार्थ को संपीड़ित और विस्तारित करने के लिए करता है।

== सैद्धांतिक ढांचा ==

[[File:Steps_of_a_thermogravitational_cycle.png|alt=|thumb|407x407px|एक आदर्श थर्मोग्रैविटेशनल चक्र के 4 चरण। 1→2: रूद्धोष्म गुरुत्वाकर्षण संपीडन, 2→3: गर्म ताप अंतरण, 3→4: रूद्धोष्म गुरुत्वीय विस्तार, 4→1: शीत ताप अंतरण।]]एक परिवहन माध्यम से भरे हुए स्तंभ और कार्यशील द्रव से भरे एक गुब्बारे पर विचार करें परिवहन माध्यम के द्रवस्थैतिक दबाव के कारण स्तंभ के अंदर का दबाव z अक्ष के साथ बढ़ता है और प्रारंभ में गुब्बारे को तापमान टी सी और दबाव पी पर काम कर रहे तरल पदार्थ द्वारा फुलाया जाता है जबकि यह स्तंभ के शीर्ष पर स्थित हैं एक अधोगामी गुरूत्वीय चक्र चार चरणों में विघटित किया जाता है<ref name=":0">{{Cite journal|last1=Aouane|first1=Kamel|last2=Sandre|first2=Olivier|last3=Ford|first3=Ian J.|last4=Elson|first4=Tim P.|last5=Nightingale|first5=Chris|date=2018|title=Thermogravitational Cycles: Theoretical Framework and Example of an Electric Thermogravitational Generator Based on Balloon Inflation/Deflation|journal=Inventions|language=en|volume=3|issue=4|pages=79|doi=10.3390/inventions3040079|doi-access=free}}</ref>
* 1→2: स्तंभ के नीचे की ओर गुब्बारे का उतरना और यह काम कर रहे तरल पदार्थ के तापमान में वृद्धि के साथ स्थिरोष्म दबाव से गुजरता है और इसका दबाव नीचे पीएच तक पहुंच जाता है।
* 2→3:  जब गुब्बारा सबसे नीचे होता है तो काम करने वाला तरल पदार्थ TH तापमान पर गर्म स्रोत से गर्मी प्राप्त करता है और दबाव Ph पर समदाब रेखीय विस्तार से गुजरता है।
* 3→4: जब गुब्बारा स्तंभ के शीर्ष की ओर बढ़ता है तो काम कर रहे तरल पदार्थ तापमान में गिरावट के साथ स्थिरोष्म दबाव से गुजरता है और जब गुब्बारा शीर्ष पर होता है तो विस्तार के बाद दबाव P0 तक पहुँच जाता है।
* 4→1: एक बार शीर्ष पर पहुंचने के बाद काम करने वाला तरल दबाव P0 पर समदाब रेखीय विस्तार से गुजरते हुए तापमान TC पर ठंडे स्रोत को गर्मी की आपूर्ति करता है।
*

अधोगामी गुरूत्वीय चक्र होने के लिए गुब्बारे को 1→2 चरण के दौरान परिवहन माध्यम से सघन होना चाहिए और 3→4 चरण के दौरान कम घना होना चाहिए यदि ये स्थितियां काम कर रहे तरल पदार्थ से स्वाभाविक रूप से संतुष्ट नहीं हैं तो इसके प्रभावी द्रव्यमान घनत्व को बढ़ाने के लिए गुब्बारे से एक वजन जोड़ा जा सकता है।

== अनुप्रयोग और उदाहरण ==

[[File:Thermogravitational_electric_generator.gif|thumb|403x403px|बैलून इन्फ्लेशन/डिफ्लेशन पर आधारित थर्मोग्रेविटेशनल इलेक्ट्रिक जेनरेटर।<ref name=":0" />Perfluorohexane से भरा एक गुब्बारा गर्मी विनिमय के माध्यम से घनत्व परिवर्तन के कारण फुलाता और विक्षेपित करता है। हर बार गुब्बारे से जुड़ा चुंबक कॉइल से होकर गुजरता है, ऑसिलोस्कोप पर एक विद्युत संकेत दर्ज किया जाता है।]]अधोगामी गुरूत्वीय चक्र सिद्धांत के अनुसार काम करने वाला एक प्रायोगिक उपकरण [[बोर्डो विश्वविद्यालय]] की एक प्रयोगशाला में विकसित किया गया था और फ्रांस में प्रत्यक्ष कराया गया था<ref>{{Cite web|url=https://patents.google.com/patent/FR3020729A1/en|title=बिजली पैदा करने के लिए थर्मोग्रैविटेशन डिवाइस|last1=Aouane|first1=Kamel|last2=Sandre|first2=Olivier|date=2014-04-30|website=FR3020729 A1 as on Google Patents}}</ref> इस तरह के अधोगामी गुरूत्वीय बिजली पैदा करने वाला एक दस्ताने की उंगली से काटकर नाइट्राइल इलास्टोमर से बने सरलीकरण बैग के मुद्रास्फीति और अपस्फीति चक्र पर आधारित है<ref name=":0" />बैग एक वाष्पशील कार्यशील तरल पदार्थ से भरा होता है जिसमें इलास्टोमेर के लिए कम रासायनिक संबंध होता है जैसे कि [[perfluorohexane]] (C<sub>6</sub>F<sub>14</sub>) यह एक मजबूत नियोडिमियम चुंबक से जुड़ा होता है जो भार के रूप में और यांत्रिक ऊर्जा को वोल्टेज में बदलने के लिए कार्य करता है कांच के सिलेंडर में पानी भरा होता है जो परिवहन द्रव के रूप में कार्य करता है इसे तल पर एक गर्म परिसंचारी जल-जैकेट द्वारा गर्म किया जाता है और शीर्ष पर ठंडे जल स्नान द्वारा ठंडा किया जाता है इसके कम क्वथनांक तापमान (56 डिग्री सेल्सियस) के कारण बैग में निहित पेरफ्लुओरोहेक्सेन ड्रॉप वाष्पीकृत हो जाता है और गुब्बारे को फुला देता है एक बार जब इसका घनत्व पानी के घनत्व से कम हो जाता है तो गुब्बारा आर्किमिडीज़ के सिद्धांत के अनुसार ऊपर उठता है स्तंभ के शीर्ष पर ठंडा होने पर गुब्बारा आंशिक रूप से तब तक विक्षेपित होता है जब तक कि यह पानी की तुलना में प्रभावी रूप से सघन न हो जाए और नीचे गिरना शुरू न हो जाए जैसा कि वीडियो से देखा गया है कि चक्रीय गति की अवधि कई सेकंड होती है ये दोलन कई घंटों तक रह सकते हैं और उनकी अवधि केवल रबड़ की झिल्ली के माध्यम से काम कर रहे तरल पदार्थ के रिसाव से सीमित होती है हर बार जब चुंबक कॉइल से गुजरता है तो [[चुंबकीय प्रवाह]] में भिन्नता पैदा करता है एक आस्टसीलस्कप के माध्यम से एक [[वैद्युतवाहक बल]] बनाया और पता लगाया जाता है इससे यह अनुमान लगाया गया है कि इस मशीन की औसत शक्ति 7 μW है और इसकी दक्षता 4.8 x 10 है<sup>−6</sup><ref name=":0" /> जबकि ये मूल्य बहुत कम हैं यह प्रयोग अन्य बाहरी ऊर्जा आपूर्ति की आवश्यकता के बिना एक कमजोर अपशिष्ट ताप स्रोत से बिजली की कटाई के लिए अक्षय ऊर्जा उपकरण के सिद्धांत का प्रमाण लाता है यह एक नियमित ताप इंजन में एक संपीड़ित के लिए Versailles में Lycée Hoche की प्रारंभिक कक्षाओं में स्नातक छात्रों द्वारा प्रयोग को सफलतापूर्वक पुन: प्रस्तुत किया गया था।
[[File:Manipe Elsa et Jean-Baptiste2.gif|left|thumb|एल्सा जिराउडैट और जीन-बैप्टिस्ट ह्यूबर्ट (जबकि Lycée Hoche, Versailles, फ़्रांस में स्नातक छात्र थे) द्वारा भौतिक विज्ञान में अपनी निजी परियोजना के लिए किया गया थर्मोग्रैविटेशनल चक्र प्रयोग। द्रव पेरफ्लोरोपेंटेन था (परफलेनपेंट | सी<sub>5</sub>F<sub>12</sub>) उनके मामले में, और ठंडा स्रोत पानी के स्तंभ पर तैरते हुए बर्फ के ब्लॉकों द्वारा बनाया गया था। इलेक्ट्रोमोटिव बल के संख्यात्मक एकीकरण ने 192 μJ प्रति चक्र की कटाई वाली ऊर्जा दी।]]अधोगामी गुरूत्वीय चक्रों पर आधारित कई अन्य अनुप्रयोग साहित्य में पाए जा सकते हैं। उदाहरण के लिए

* सौर गुब्बारों में,सूर्य की गर्मी को अवशोषित किया जाता है जिसके कारण हवा से भरा एक गुब्बारा ऊपर उठता है और इसकी गति को एक विद्युत संकेत में परिवर्तित करता है।<ref>{{Cite journal|last=Grena|first=Roberto|date=2010-04-01|title=सौर गुब्बारों से ऊर्जा|url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038092X10000289|journal=Solar Energy|series=International Conference CISBAT 2007|language=en|volume=84|issue=4|pages=650–665|doi=10.1016/j.solener.2010.01.015|bibcode=2010SoEn...84..650G|issn=0038-092X}}</ref>
* एक गुरुत्व चालित आर्गेनिक रैंकिन चक्र में काम कर रहे तरल पदार्थ पर दबाव डालने के लिए पंप के बजाय गुरुत्व का उपयोग किया जाता है साहित्य में विभिन्न लेखकों ने गुरुत्वाकर्षण संचालित ओआरसी उपकरणों के लिए अपनी दक्षता को अनुकूलित करने के लिए उपयुक्त कार्यशील तरल विशेषताओं का अध्ययन किया है।<ref>{{Cite journal|last1=Shi|first1=Weixiu|last2=Pan|first2=Lisheng|date=2019-02-22|title=गुरुत्व-चालित जैविक शक्ति चक्र के लिए तरल पदार्थों पर अनुकूलन अध्ययन|journal=Energies|language=en|volume=12|issue=4|pages=732|doi=10.3390/en12040732|doi-access=free}}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Li|first1=Jing|last2=Pei|first2=Gang|last3=Li|first3=Yunzhu|last4=Ji|first4=Jie|date=2013-08-01|title=छोटे पैमाने के सह-उत्पादन अनुप्रयोगों के लिए एक उपन्यास गुरुत्व संचालित कार्बनिक रैंकिन चक्र का विश्लेषण|url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261913002006|journal=Applied Energy|language=en|volume=108|pages=34–44|doi=10.1016/j.apenergy.2013.03.014|issn=0306-2619}}</ref>
* एक चुंबकीय द्रव जनरेटर के एक संस्करण में एक रेफ्रिजरेंट द्रव एक बाहरी ताप स्रोत द्वारा स्तंभ के तल पर वाष्पीकृत होता है और इसके बुलबुले एक चुंबकीय [[फेरोफ्लुइड]] में चले जाते हैं जिससे एक [[रैखिक अल्टरनेटर|रैखिक आवर्तित्र]] के माध्यम से विद्युत वोल्टेज का उत्पादन होता है।<ref>{{Cite journal|last1=Flament|first1=Cyrille|last2=Houillot|first2=Lisa|last3=Bacri|first3=Jean-Claude|last4=Browaeys|first4=Julien|date=2000-02-10|title=एक चुंबकीय तरल पदार्थ का उपयोग कर वोल्टेज जनरेटर|url=https://dx.doi.org/10.1088/0143-0807/21/2/303|journal=European Journal of Physics|language=en|volume=21|issue=2|pages=145–149|doi=10.1088/0143-0807/21/2/303|bibcode=2000EJPh...21..145F|s2cid=250891917 |issn=0143-0807}}</ref>
* कई प्रत्यक्षों के एक वैचारिक संकर में जमीन के नीचे पानी के उच्च स्तंभों के साथ एक संशोधित कार्बनिक रैंकिन चक्र के माध्यम से सौर या भूतापीय ऊर्जा का उपयोग किया जाता है<ref>{{Cite journal|last1=Schoenmaker|first1=J.|last2=Rey|first2=J. F. Q.|last3=Pirota|first3=K. R.|date=2011-03-01|title=उछाल जैविक रैंकिन चक्र|url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S096014811000426X|journal=Renewable Energy|language=en|volume=36|issue=3|pages=999–1002|doi=10.1016/j.renene.2010.09.014|issn=0960-1481}}</ref>


== चक्र दक्षता ==
अधोगामी गुरूत्वीय चक्र की दक्षता η थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं पर निर्भर करती है जो चक्र के प्रत्येक चरण के दौरान कार्यशील तरल पदार्थ से गुजरती है नीचे कुछ उदाहरण दिए गए हैं 

* यदि गर्म स्रोत और ठंडे स्रोत के साथ स्तंभ के निचले और शीर्ष पर ताप का आदान-प्रदान स्थिर दबाव और तापमान पर होता है तो दक्षता [[कार्नाट चक्र]] की दक्षता के बराबर होगी<ref name=":0" />

<div शैली = पाठ-संरेखण: केंद्र; ><math>\eta = 1 - {T_C \over T_H}</math></div>

* यदि संपीड़न चरण 1→2 के दौरान कार्यशील द्रव तरल अवस्था में रहता है तो दक्षता [[रैंकिन चक्र]] दक्षता के बराबर होगी।<ref name=":0" /> एच<sub>1</sub>, एच<sub>2</sub>, एच<sub>3</sub> और एच<sub>4</sub> को क्रमशः 1,2,3 और 4 चरणों में कार्यशील द्रव की [[विशिष्ट एन्थैल्पी|विशिष्ट एन्थैल्पी को ध्यान में रखते हुए]]

<div शैली = पाठ-संरेखण: केंद्र; ><math>\eta = {(h_3 - h_4) - (h_2 - h_1) \over h_3 - h_2}</math></div>

* यदि अधोगामी गुरूत्वीय चक्र के सभी चरणों के दौरान कार्यशील द्रव गैस बना रहता है तो दक्षता [[ब्रेटन चक्र]] दक्षता के बराबर होगी।<ref name=":0" />γ [[ताप क्षमता अनुपात]] को ध्यान में रखते हुए 

<div शैली = पाठ-संरेखण: केंद्र; ><math>\eta = 1 - \left ( \frac{P_0}{P_h} \right )^{\gamma \over \gamma - 1}</math></div>

तीन अलग-अलग कार्यशील तरल पदार्थों (C5F12, C6F14, और C7F16) के लिए गर्म स्रोत के तापमान और 150 °C और 10 बार तक के दबाव के लिए CHEMCAD के साथ संख्यात्मक सिमुलेशन किए गए थे [1] ठंडे स्रोत का तापमान 20 डिग्री सेल्सियस पर सेट किया गया है काम कर रहे तरल पदार्थ को गुब्बारे के उठने के दौरान गैस अवस्था में और गुब्बारे के गिरने के दौरान तरल अवस्था में रखा जाता है दक्षता अपेक्षाकृत 1 (यानी प्रतिशत के रूप में नहीं) के रूप में व्यक्त की जाती है। 

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== संदर्भ ==<!-- Inline citations added to your article will automatically display here. See en.wikipedia.org/wiki/WP:REFB for instructions on how to add citations. -->
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