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हीट एक्सचेंजर कैसे काम करता है?
हीट एक्सचेंजर कार्य सिद्धांत
,हीट एक्सचेंजर कार्य गाइड
,हीट एक्सचेंजर संचालन स्पष्टीकरण
इसके मूल में, एकहीट एक्सचेंजरदो तरल पदार्थों को शारीरिक रूप से मिश्रण करने की अनुमति दिए बिना गर्म तरल पदार्थ से ठंडे तरल पदार्थ में थर्मल ऊर्जा (गर्मी) को स्थानांतरित करके काम करता है।
कार के रेडिएटर के काम करने के बारे में सोचिए: इंजन रेडिएटर में गर्म शीतलक पंप करता है, और बाहर की हवा रेडिएटर के धातु के पंखों के माध्यम से उड़ती है। गर्मी तरल से, धातु के माध्यम से,और हवा में. इंजन ठंडा हो जाता है, और हवा गर्म हो जाती है, फिर भी हवा और शीतलक कभी नहीं मिलते हैं.
हीट एक्सचेंजर पूरी तरह से थर्मोडायनामिक्स के मौलिक नियमों पर काम करते हैं।
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गर्मी हमेशा संतुलन की तलाश में रहती है।गर्मी स्वाभाविक रूप से एक उच्च तापमान स्रोत से एक निम्न तापमान सिंक में बहती है। जब तक इसे मजबूर नहीं किया जाता (जिसके लिए एक कंप्रेसर की आवश्यकता होती है, जैसे कि रेफ्रिजरेटर में) यह कभी भी दूसरी ओर नहीं बहती है।
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संवहन और संवहन:गर्मी का हस्तांतरण तीन अलग-अलग चरणों में होता हैः
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संवहन:गर्मी थोक गर्म तरल पदार्थ से धातु की बाधा की आंतरिक दीवार में जाती है।
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संचालन:गर्मी ठोस धातु की दीवार के माध्यम से यात्रा करती है।
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संवहन:गर्मी धातु की बाह्य दीवार से थोक ठंडे द्रव में जाती है।
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एक हीट एक्सचेंजर का काम करने का तरीका और उसकी लंबाई का पता लगाने के लिए इंजीनियर दो सूत्रों का उपयोग करते हैं।
सबसे पहले, निर्धारित करने के लिएताप दायित्व(ऊर्जा की कुल मात्रा को स्थानांतरित किया जा रहा है), हम तरल पदार्थ के गुणों को देखते हैंः
आप कैसे मशीन के माध्यम से तरल पदार्थ मार्ग काफी हद तक कैसे यह काम करता है बदल जाता है। प्रवाह को निर्देशित करने के दो प्राथमिक तरीके हैंः
गर्म और ठंडे दोनों तरल पदार्थ एक ही छोर से प्रवेश करते हैं और एक ही दिशा में यात्रा करते हैं।
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परिणाम:इनपुट में तापमान का अंतर बहुत बड़ा है, लेकिन जैसे-जैसे वे यात्रा करते हैं, वे एक साझा संतुलन तापमान के करीब आते हैं।कभी नहींएक्सचेंजर को गर्म तरल पदार्थ से अधिक गर्म छोड़ दें।
गर्म तरल एक छोर से प्रवेश करता है, और ठंडा तरल विपरीत छोर से प्रवेश करता है, विपरीत दिशाओं में एक दूसरे के पास से होकर गुजरता है।
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परिणाम:यह सबसे कुशल डिजाइन है. क्योंकि ठंडा तरल हमेशा यात्रा के रूप में गर्म तरल मिल रहा है, ठंडा तरल वास्तव में एक पर गर्मी एक्सचेंजर से बाहर निकल सकते हैंउच्चतरगर्म द्रव के बाहर निकलने के तापमान से अधिक तापमान।
नीचे दिए गए इंटरैक्टिव सिमुलेटर का उपयोग करके देखें कि ये दो प्रवाह विन्यास मशीन के अंदर तापमान प्रोफ़ाइल को कैसे बदलते हैं।
इंजीनियर इन ऊष्मागतिकीय सिद्धांतों को विभिन्न औद्योगिक आवश्यकताओं के अनुरूप विभिन्न भौतिक आकारों में हेरफेर करते हैंः
| हीट एक्सचेंजर का प्रकार | कैसे बनाया जाता है | प्राथमिक लाभ | सामान्य उपयोग |
|---|---|---|---|
| शेल और ट्यूब | छोटी नलिकाओं का एक गुच्छा एक बड़े बाहरी दबाव पात्र (शेल) के अंदर बैठता है। | अत्यधिक दबाव और थर्मल झटके का सामना कर सकता है। | तेल रिफाइनरी, भाप जनरेटर, रासायनिक संयंत्र। |
| प्लेट और फ्रेम | धातु की पट्टियों के ढेरों को एक साथ दबाया जाता है। पट्टियों के बीच तरल पदार्थ बारी-बारी से आते हैं। | विशाल सतह क्षेत्र उन्हें अत्यधिक कुशल और कॉम्पैक्ट बनाता है। | ब्रुअरी, डेयरी पाश्चराइजेशन, एचवीएसी सिस्टम। |
| हवा से ठंडा | गर्म द्रव पंख वाले ट्यूबों के माध्यम से बहता है जबकि विशाल पंखे उनके माध्यम से परिवेश की हवा को उड़ा देते हैं। | स्थानीय शीतलन जल स्रोत की आवश्यकता नहीं है। | रेगिस्तान सुविधाएं, ऑटोमोबाइल रेडिएटर, एसी कंडेनसर। |
प्रश्न: क्या हीट एक्सचेंजर का आकार मायने रखता है?
उत्तर: बिल्कुल। सूत्र के अनुसार$Q = U A डेल्टा T_{lm}$, कुल गर्मी हस्तांतरित ($Q$) क्षेत्रफल के प्रत्यक्ष आनुपातिक है ($ए$एक बड़े हीट एक्सचेंजर में धातु की सतह का अधिक क्षेत्रफल होता है, जिससे एक निश्चित समय में अधिक गर्मी गुजरने की अनुमति मिलती है।
प्रश्न: एक हीट एक्सचेंजर का प्रभावी ढंग से काम करना क्यों बंद हो जाता है?
उत्तर: सबसे आम समस्या यह है किविषाक्तता. समय के साथ, पानी (कैल्शियम स्केल की तरह), जंग या जैविक कीचड़ से खनिज धातु की दीवारों को कवर करते हैं। यह इन्सुलेशन के रूप में कार्य करता है, गर्मी हस्तांतरण गुणांक को काफी कम करता है ($U$) और सिस्टम को एक ही तापमान प्राप्त करने के लिए अधिक काम करने के लिए मजबूर करना।
प्रश्न: क्या हीट एक्सचेंजर का उपयोग ठंडा करने के लिए किया जा सकता है?
उत्तर: हाँ। "हीट एक्सचेंजर" शब्द गर्मी के हस्तांतरण को संदर्भित करता है, चाहे आप जो भी परिणाम चाहते हों। यदि आपका लक्ष्य गर्म इंजन को ठंडा करना है, तो हीट एक्सचेंजर (रेडिएटर) गर्मी को हटा रहा है।यदि आपका लक्ष्य पानी उबालना है, हीट एक्सचेंजर (बॉयलर) गर्मी जोड़ रहा है। भौतिकी समान है।
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