ऊष्मीय दक्षता: Difference between revisions
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उन इंजनों के लिए जहां ईंधन जलाया जाता है, दो प्रकार की तापीय दक्षता होती है: संकेतित तापीय दक्षता और ब्रेक तापीय दक्षता।<ref>The Internal Combustion Engine in Theory and Practice: Vol. 1 - 2nd Edition, Revised, MIT Press, 1985, Charles Fayette Taylor - Equation 1-4, page 9</ref> समान प्रकार या समान उपकरणों की तुलना करते समय यह दक्षता केवल उपयुक्त होती है। | उन इंजनों के लिए जहां ईंधन जलाया जाता है, दो प्रकार की तापीय दक्षता होती है: संकेतित तापीय दक्षता और ब्रेक तापीय दक्षता।<ref>The Internal Combustion Engine in Theory and Practice: Vol. 1 - 2nd Edition, Revised, MIT Press, 1985, Charles Fayette Taylor - Equation 1-4, page 9</ref> समान प्रकार या समान उपकरणों की तुलना करते समय यह दक्षता केवल उपयुक्त होती है। | ||
अन्य प्रणालियों के लिए दक्षता की गणना की विशिष्टता भिन्न होती है | अन्य प्रणालियों के लिए दक्षता की गणना की विशिष्टता भिन्न होती है किन्तु गैर आयामी इनपुट अभी भी वही है। दक्षता = आउटपुट ऊर्जा / इनपुट ऊर्जा | ||
== हीट इंजन == | == हीट इंजन == | ||
[[File:Carnot_heat_engine_2.svg|left|thumb]]ऊष्मा इंजन तापीय ऊर्जा, या ऊष्मा, Q को रूपांतरित करते हैं<sub>in</sub> यांत्रिक ऊर्जा, या कार्य (थर्मोडायनामिक्स) में, डब्ल्यू<sub>out</sub>. वे इस कार्य को पूरी तरह से नहीं कर सकते हैं, इसलिए कुछ इनपुट ऊष्मा ऊर्जा कार्य में परिवर्तित नहीं होती है, | [[File:Carnot_heat_engine_2.svg|left|thumb]]ऊष्मा इंजन तापीय ऊर्जा, या ऊष्मा, Q को रूपांतरित करते हैं<sub>in</sub> यांत्रिक ऊर्जा, या कार्य (थर्मोडायनामिक्स) में, डब्ल्यू<sub>out</sub>. वे इस कार्य को पूरी तरह से नहीं कर सकते हैं, इसलिए कुछ इनपुट ऊष्मा ऊर्जा कार्य में परिवर्तित नहीं होती है, किन्तु अपशिष्ट ऊष्मा Q के रूप में नष्ट हो जाती है<sub>out</sub> हीट|< 0 परिवेश में: | ||
:<math>Q_{in} = |W_{\rm out}| + |Q_{\rm out}| </math> | :<math>Q_{in} = |W_{\rm out}| + |Q_{\rm out}| </math> | ||
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कार्नाट चक्र प्रतिवर्ती प्रक्रिया (थर्मोडायनामिक्स) है और इस प्रकार इंजन चक्र की दक्षता पर ऊपरी सीमा का प्रतिनिधित्व करता है। व्यावहारिक इंजन चक्र अपरिवर्तनीय हैं और इस प्रकार ही तापमान के मध्य संचालित होने पर कार्नाट दक्षता की तुलना में स्वाभाविक रूप से अल्प दक्षता होती है। <math>T_{\rm H}</math> और <math>T_{\rm C}</math>. दक्षता निर्धारित करने वाले कारकों में से यह है कि चक्र में काम कर रहे तरल पदार्थ में ऊष्मा कैसे जोड़ी जाती है और इसे कैसे हटाया जाता है। कार्नाट चक्र अधिकतम दक्षता प्राप्त करता है क्योंकि सभी ऊष्मा को अधिकतम तापमान पर कार्यशील द्रव में जोड़ा जाता है <math>T_{\rm H}</math>, और न्यूनतम तापमान पर हटा दिया गया <math>T_{\rm C}</math>. इसके विपरीत, आंतरिक दहन इंजन में, सिलेंडर में ईंधन-हवा के मिश्रण का तापमान अपने चरम तापमान के आसपास कहीं नहीं होता है क्योंकि ईंधन जलना शुरू हो जाता है, और केवल चरम तापमान तक पहुंचता है क्योंकि सभी ईंधन की खपत होती है, इसलिए औसत तापमान जिस पर ऊष्मा डाली जाती है वह अल्प होती है, जिससे दक्षता अल्प हो जाती है। | कार्नाट चक्र प्रतिवर्ती प्रक्रिया (थर्मोडायनामिक्स) है और इस प्रकार इंजन चक्र की दक्षता पर ऊपरी सीमा का प्रतिनिधित्व करता है। व्यावहारिक इंजन चक्र अपरिवर्तनीय हैं और इस प्रकार ही तापमान के मध्य संचालित होने पर कार्नाट दक्षता की तुलना में स्वाभाविक रूप से अल्प दक्षता होती है। <math>T_{\rm H}</math> और <math>T_{\rm C}</math>. दक्षता निर्धारित करने वाले कारकों में से यह है कि चक्र में काम कर रहे तरल पदार्थ में ऊष्मा कैसे जोड़ी जाती है और इसे कैसे हटाया जाता है। कार्नाट चक्र अधिकतम दक्षता प्राप्त करता है क्योंकि सभी ऊष्मा को अधिकतम तापमान पर कार्यशील द्रव में जोड़ा जाता है <math>T_{\rm H}</math>, और न्यूनतम तापमान पर हटा दिया गया <math>T_{\rm C}</math>. इसके विपरीत, आंतरिक दहन इंजन में, सिलेंडर में ईंधन-हवा के मिश्रण का तापमान अपने चरम तापमान के आसपास कहीं नहीं होता है क्योंकि ईंधन जलना शुरू हो जाता है, और केवल चरम तापमान तक पहुंचता है क्योंकि सभी ईंधन की खपत होती है, इसलिए औसत तापमान जिस पर ऊष्मा डाली जाती है वह अल्प होती है, जिससे दक्षता अल्प हो जाती है। | ||
दहन इंजन की दक्षता में महत्वपूर्ण पैरामीटर वायु-ईंधन मिश्रण, γ का विशिष्ट ताप अनुपात है। यह ईंधन के साथ कुछ भिन्न होता है, | दहन इंजन की दक्षता में महत्वपूर्ण पैरामीटर वायु-ईंधन मिश्रण, γ का विशिष्ट ताप अनुपात है। यह ईंधन के साथ कुछ भिन्न होता है, किन्तु सामान्यतः 1.4 के वायु मान के करीब होता है। यह मानक मान सामान्यतः नीचे दिए गए इंजन चक्र समीकरणों में उपयोग किया जाता है, और जब यह सन्निकटन किया जाता है तो चक्र को वायु-मानक चक्र कहा जाता है। | ||
*'ओटो चक्र: ऑटोमोबाइल' ओटो चक्र उस चक्र का नाम है जिसका उपयोग स्पार्क-इग्निशन आंतरिक दहन इंजन जैसे गैसोलीन और हाइड्रोजन ईंधन वाले ऑटोमोबाइल इंजन में किया जाता है। इसकी सैद्धांतिक दक्षता इंजन के संपीड़न अनुपात आर और दहन कक्ष में गैस के विशिष्ट ताप अनुपात γ पर निर्भर करती है।<ref name="Holman"/>{{rp|558}} <math display="block">\eta_{\rm th} = 1 - \frac{1}{r^{\gamma-1}}</math> इस प्रकार, संपीड़न अनुपात के साथ दक्षता बढ़ जाती है। हालांकि ओटो चक्र इंजनों का संपीड़न अनुपात अनियंत्रित दहन को रोकने की आवश्यकता से सीमित है जिसे इंजन दस्तक के रूप में जाना जाता है। आधुनिक इंजनों में संपीड़न अनुपात 8 से 11 की सीमा में होता है, जिसके परिणामस्वरूप 56% से 61% की आदर्श चक्र क्षमता होती है। | *'ओटो चक्र: ऑटोमोबाइल' ओटो चक्र उस चक्र का नाम है जिसका उपयोग स्पार्क-इग्निशन आंतरिक दहन इंजन जैसे गैसोलीन और हाइड्रोजन ईंधन वाले ऑटोमोबाइल इंजन में किया जाता है। इसकी सैद्धांतिक दक्षता इंजन के संपीड़न अनुपात आर और दहन कक्ष में गैस के विशिष्ट ताप अनुपात γ पर निर्भर करती है।<ref name="Holman"/>{{rp|558}} <math display="block">\eta_{\rm th} = 1 - \frac{1}{r^{\gamma-1}}</math> इस प्रकार, संपीड़न अनुपात के साथ दक्षता बढ़ जाती है। हालांकि ओटो चक्र इंजनों का संपीड़न अनुपात अनियंत्रित दहन को रोकने की आवश्यकता से सीमित है जिसे इंजन दस्तक के रूप में जाना जाता है। आधुनिक इंजनों में संपीड़न अनुपात 8 से 11 की सीमा में होता है, जिसके परिणामस्वरूप 56% से 61% की आदर्श चक्र क्षमता होती है। | ||
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ऐसा इसलिए है क्योंकि गर्म करने पर, उपकरण को चलाने के लिए उपयोग किया जाने वाला कार्य ऊष्मा में परिवर्तित हो जाता है और वांछित प्रभाव में जुड़ जाता है, जबकि यदि वांछित प्रभाव ठंडा हो रहा है, तो इनपुट कार्य से उत्पन्न ऊष्मा केवल अवांछित उप-उत्पाद है। कभी-कभी, दक्षता शब्द का उपयोग प्राप्त सीओपी और कार्नाट सीओपी के अनुपात के लिए किया जाता है, जो 100% से अधिक नहीं हो सकता है।<ref>{{Cite web| url=http://industrialheatpumps.nl/en/how_it_works/cop_heat_pump/| title=Coefficient of Performance| website=Industrial Heat Pumps| access-date=2018-11-08}}</ref> | ऐसा इसलिए है क्योंकि गर्म करने पर, उपकरण को चलाने के लिए उपयोग किया जाने वाला कार्य ऊष्मा में परिवर्तित हो जाता है और वांछित प्रभाव में जुड़ जाता है, जबकि यदि वांछित प्रभाव ठंडा हो रहा है, तो इनपुट कार्य से उत्पन्न ऊष्मा केवल अवांछित उप-उत्पाद है। कभी-कभी, दक्षता शब्द का उपयोग प्राप्त सीओपी और कार्नाट सीओपी के अनुपात के लिए किया जाता है, जो 100% से अधिक नहीं हो सकता है।<ref>{{Cite web| url=http://industrialheatpumps.nl/en/how_it_works/cop_heat_pump/| title=Coefficient of Performance| website=Industrial Heat Pumps| access-date=2018-11-08}}</ref> | ||
== ऊर्जा दक्षता == | == ऊर्जा दक्षता == | ||
'तापीय दक्षता' को कभी-कभी ऊर्जा दक्षता कहा जाता है। संयुक्त राज्य अमेरिका में, | 'तापीय दक्षता' को कभी-कभी ऊर्जा दक्षता कहा जाता है। संयुक्त राज्य अमेरिका में, प्रतिदिन के उपयोग में एसईईआर शीतलन उपकरणों के साथ-साथ ताप पंपों के लिए उनके ताप मोड में ऊर्जा दक्षता का अधिक सामान्य उपाय है। ऊर्जा-रूपांतरण ताप उपकरणों के लिए उनकी चरम स्थिर-अवस्था को प्रायः तापीय दक्षता कहा जाता है, उदाहरण के लिए, 'यह भट्टी 90% कुशल है', किन्तु मौसमी ऊर्जा प्रभावशीलता का अधिक विस्तृत उपाय वार्षिक ईंधन उपयोग दक्षता (एएफयूई) है।<ref>HVAC Systems and Equipment volume of the ''ASHRAE Handbook'', [[ASHRAE]], Inc., Atlanta, GA, US, 2004</ref> | ||
=== हीट एक्सचेंजर्स === | === हीट एक्सचेंजर्स === | ||
