ਹੀਟ ਇੰਜਣ ਕੁਸ਼ਲਤਾ 'ਤੇ ਤਾਪਮਾਨ ਦਾ ਪ੍ਰਭਾਵ
ਇੱਕ ਤਾਪ ਇੰਜਣ ਇੱਕ ਅਜਿਹਾ ਯੰਤਰ ਹੈ ਜੋ ਤਾਪ ਊਰਜਾ ਨੂੰ ਮਕੈਨੀਕਲ ਕੰਮ ਵਿੱਚ ਬਦਲਦਾ ਹੈ। ਉਦਾਹਰਣਾਂ ਬਹੁਤ ਸਾਰੀਆਂ ਹਨ: ਪਾਵਰ ਪਲਾਂਟਾਂ ਵਿੱਚ ਭਾਫ਼ ਇੰਜਣ, ਵਾਹਨਾਂ ਵਿੱਚ ਅੰਦਰੂਨੀ ਬਲਨ ਇੰਜਣ, ਹਵਾਈ ਜਹਾਜ਼ਾਂ ਵਿੱਚ ਗੈਸ ਟਰਬਾਈਨ, ਅਤੇ ਇੱਥੋਂ ਤੱਕ ਕਿ ਆਧੁਨਿਕ ਥਰਮੋਡਾਇਨਾਮਿਕ ਚੱਕਰ-ਅਧਾਰਤ ਪਾਵਰ ਸਿਸਟਮ। ਆਪਣੀ ਵਿਭਿੰਨਤਾ ਦੇ ਬਾਵਜੂਦ, ਸਾਰੇ ਤਾਪ ਇੰਜਣ ਇੱਕੋ ਸਿਧਾਂਤ 'ਤੇ ਕੰਮ ਕਰਦੇ ਹਨ: ਉਹ ਉੱਚ-ਤਾਪਮਾਨ ਸਰੋਤ ਤੋਂ ਗਰਮੀ ਕੱਢਦੇ ਹਨ, ਇਸ ਵਿੱਚੋਂ ਕੁਝ ਨੂੰ ਕੰਮ ਵਿੱਚ ਬਦਲਦੇ ਹਨ, ਅਤੇ ਬਾਕੀ ਬਚੀ ਗਰਮੀ ਨੂੰ ਘੱਟ-ਤਾਪਮਾਨ ਵਾਲੇ ਵਾਤਾਵਰਣ ਵਿੱਚ ਰੱਦ ਕਰਦੇ ਹਨ। ਇਸ ਗਰਮੀ ਦਾ ਕਿੰਨਾ ਹਿੱਸਾ ਕੰਮ ਵਿੱਚ ਬਦਲਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ ਇਹ ਨਿਰਧਾਰਤ ਕਰਨ ਵਾਲਾ ਸਭ ਤੋਂ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਕਾਰਕ ਤਾਪਮਾਨ ਹੈ। ਇਹ ਲੇਖ ਜਾਂਚ ਕਰਦਾ ਹੈ ਕਿ ਤਾਪਮਾਨ ਤਾਪ ਇੰਜਣਾਂ ਦੀ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਨੂੰ ਕਿਵੇਂ ਪ੍ਰਭਾਵਿਤ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਦੋਵੇਂ ਥਰਮੋਡਾਇਨਾਮਿਕ ਸਿਧਾਂਤ ਅਤੇ ਇੰਜੀਨੀਅਰਿੰਗ ਅਭਿਆਸ ਦੇ ਦ੍ਰਿਸ਼ਟੀਕੋਣ ਤੋਂ।
ਗਰਮੀ ਇੰਜਣ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਦੀ ਮੁੱਢਲੀ ਧਾਰਨਾ
ਇੱਕ ਤਾਪ ਇੰਜਣ ਦੀ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਇੰਜਣ ਦੁਆਰਾ ਪੈਦਾ ਕੀਤੇ ਗਏ ਸ਼ੁੱਧ ਕੰਮ ਅਤੇ ਤਾਪ ਸਰੋਤ ਤੋਂ ਸੋਖੀ ਗਈ ਗਰਮੀ ਦੇ ਅਨੁਪਾਤ ਵਜੋਂ ਦਰਸਾਈ ਜਾਂਦੀ ਹੈ। ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ:
\[
\eta = \frac{W}{Q_{in}} = 1 – \frac{Q_{ਬਾਹਰ}}{Q_{in}}
\]
ਨਾਲ:
– \( \eta \) = ਥਰਮਲ ਕੁਸ਼ਲਤਾ,
– \( W \) = ਪੈਦਾ ਹੋਇਆ ਕੁੱਲ ਕੰਮ,
– \( Q_{in} \) = ਗਰਮੀ ਇਨਪੁੱਟ (ਗਰਮ ਭੰਡਾਰ ਤੋਂ ਸੋਖੀ ਗਈ),
– \( Q_{out} \) = ਗਰਮੀ ਰੱਦ ਕੀਤੀ ਗਈ (ਠੰਡੇ ਭੰਡਾਰ ਵੱਲ)।
ਇਸ ਸਮੀਕਰਨ ਤੋਂ, ਇਹ ਦੇਖਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ ਕਿ ਜੇਕਰ ਰੱਦ ਕੀਤੀ ਗਈ ਗਰਮੀ ਦਾ ਹਿੱਸਾ \(Q_{ਬਾਹਰ}\) ਦਾਖਲ ਕੀਤੀ ਗਈ ਗਰਮੀ ਨਾਲੋਂ ਛੋਟਾ ਹੋਵੇ ਤਾਂ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਵਧੇਗੀ। ਇਹ ਉਹ ਥਾਂ ਹੈ ਜਿੱਥੇ ਤਾਪਮਾਨ ਬਹੁਤ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਭੂਮਿਕਾ ਨਿਭਾਉਂਦਾ ਹੈ, ਕਿਉਂਕਿ ਗਰਮੀ ਦੇ ਤਬਾਦਲੇ ਦੀ "ਰੁਚੀ" ਦੀ ਦਿਸ਼ਾ ਅਤੇ ਗਰਮੀ ਦੇ ਕੰਮ ਵਿੱਚ ਤਬਦੀਲੀ ਦੀ ਸਿਧਾਂਤਕ ਸੀਮਾ ਗਰਮੀ ਸਰੋਤ ਅਤੇ ਗਰਮੀ ਸਿੰਕ ਵਿਚਕਾਰ ਤਾਪਮਾਨ ਦੇ ਅੰਤਰ ਦੁਆਰਾ ਨਿਰਧਾਰਤ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ।
ਵੱਧ ਤੋਂ ਵੱਧ ਕੁਸ਼ਲਤਾ: ਕਾਰਨੋਟ ਸੀਮਾ ਅਤੇ ਤਾਪਮਾਨ ਦੀ ਭੂਮਿਕਾ
ਥਰਮੋਡਾਇਨਾਮਿਕਸ ਵਿੱਚ, ਇੱਕ ਆਦਰਸ਼ ਹੀਟ ਇੰਜਣ ਜਿਸਦੀ ਇੱਕ ਦਿੱਤੇ ਤਾਪਮਾਨ 'ਤੇ ਦੋ ਭੰਡਾਰਾਂ ਲਈ ਵੱਧ ਤੋਂ ਵੱਧ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਨੂੰ ਕਾਰਨੋਟ ਇੰਜਣ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਕਾਰਨੋਟ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ ਤਿਆਰ ਕੀਤੀ ਗਈ ਹੈ:
\[
\eta_{ਕਾਰਨੋਟ} = 1 – \frac{T_c}{T_h}
\]
ਨਾਲ:
– \(T_h\) = ਗਰਮ ਭੰਡਾਰ ਦਾ ਤਾਪਮਾਨ (ਕੈਲਵਿਨ ਵਿੱਚ),
– \(T_c\) = ਠੰਡੇ ਭੰਡਾਰ ਦਾ ਤਾਪਮਾਨ (ਕੈਲਵਿਨ ਵਿੱਚ)।
ਇਹ ਫਾਰਮੂਲਾ ਇੱਕ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਸਬਕ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕਰਦਾ ਹੈ: ਇੱਕ ਹੀਟ ਇੰਜਣ ਦੀ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਤਾਪਮਾਨ ਅਨੁਪਾਤ ਦੁਆਰਾ ਨਿਰਧਾਰਤ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ, ਨਾ ਕਿ ਸਿਰਫ਼ ਤਾਪਮਾਨ ਦੇ ਅੰਤਰ ਦੁਆਰਾ। ਕਾਰਨੋਟ ਦੇ ਅਨੁਸਾਰ ਵੱਧ ਤੋਂ ਵੱਧ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਵਧਾਉਣ ਦੇ ਦੋ ਮੁੱਖ ਤਰੀਕੇ ਹਨ:
1. ਗਰਮੀ ਸਰੋਤ ਦਾ ਤਾਪਮਾਨ ਵਧਾਓ \(T_h\)
ਜੇਕਰ \(T_h\) ਵਧਦਾ ਹੈ ਜਦੋਂ ਕਿ \(T_c\) ਸਥਿਰ ਰਹਿੰਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ \(T_c/T_h\) ਘਟਦਾ ਹੈ ਤਾਂ ਜੋ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਵਧੇ।
2. ਠੰਡੇ ਭੰਡਾਰ ਦੇ ਤਾਪਮਾਨ ਨੂੰ ਘਟਾਉਣਾ \(T_c\)
ਜੇਕਰ \(T_c\) ਘਟਦਾ ਹੈ ਜਦੋਂ ਕਿ \(T_h\) ਸਥਿਰ ਰਹਿੰਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਵੀ ਵਧਦੀ ਹੈ ਕਿਉਂਕਿ ਅਨੁਪਾਤ \(T_c/T_h\) ਘਟਦਾ ਹੈ।
ਕਿਉਂਕਿ ਤਾਪਮਾਨ ਨੂੰ ਕੈਲਵਿਨ ਵਿੱਚ ਦਰਸਾਇਆ ਜਾਣਾ ਚਾਹੀਦਾ ਹੈ, ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਗਣਨਾਵਾਂ ਲਈ ਇੱਕ ਪੂਰਨ ਪੈਮਾਨੇ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਨੀ ਚਾਹੀਦੀ ਹੈ। ਉਦਾਹਰਣ ਵਜੋਂ, ਜੇਕਰ \(T_h = 800 \, K\) ਅਤੇ \(T_c = 300 \, K\), ਤਾਂ:
\[
\eta_{ਕਾਰਨੋਟ} = 1 – \frac{300}{800} = 1 – 0{,}375 = 0{,}625
\]
ਸਿਧਾਂਤਕ ਵੱਧ ਤੋਂ ਵੱਧ ਕੁਸ਼ਲਤਾ 62,5% ਹੈ। ਅਸਲ-ਸੰਸਾਰ ਦੇ ਇੰਜਣ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਨੁਕਸਾਨਾਂ ਦੇ ਕਾਰਨ ਹਮੇਸ਼ਾ ਇਸ ਮੁੱਲ ਤੋਂ ਘੱਟ ਹੋਣਗੇ।
ਤਾਪਮਾਨ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਸੀਮਾ ਕਿਉਂ ਨਿਰਧਾਰਤ ਕਰਦਾ ਹੈ?
ਭੌਤਿਕ ਤੌਰ 'ਤੇ, ਇੱਕ ਤਾਪ ਇੰਜਣ ਤਾਪਮਾਨ ਗਰੇਡੀਐਂਟ ਦੇ ਕਾਰਨ ਕੰਮ ਕਰਦਾ ਹੈ: ਤਾਪ ਆਪਣੇ ਆਪ ਉੱਚ ਤਾਪਮਾਨ ਤੋਂ ਘੱਟ ਤਾਪਮਾਨ ਵੱਲ "ਵਹਿੰਦਾ" ਹੈ। ਤਾਪ ਊਰਜਾ ਦੇ ਇਸ ਪ੍ਰਵਾਹ ਨੂੰ ਨਿਰਦੇਸ਼ਿਤ ਕੰਮ (ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਪਿਸਟਨ ਦੀ ਗਤੀ ਜਾਂ ਟਰਬਾਈਨ ਰੋਟੇਸ਼ਨ) ਵਿੱਚ ਬਦਲਣ ਲਈ, ਸਿਸਟਮ ਨੂੰ ਦੋ ਤਾਪਮਾਨਾਂ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਕੰਮ ਕਰਨਾ ਚਾਹੀਦਾ ਹੈ। ਥਰਮੋਡਾਇਨਾਮਿਕਸ ਦਾ ਦੂਜਾ ਨਿਯਮ ਦੱਸਦਾ ਹੈ ਕਿ ਸਾਰੀ ਸੋਖੀ ਹੋਈ ਤਾਪ ਨੂੰ ਕੁਝ ਨੂੰ ਠੰਢੇ ਭੰਡਾਰ ਵਿੱਚ ਰੱਦ ਕੀਤੇ ਬਿਨਾਂ ਕੰਮ ਵਿੱਚ ਬਦਲਣਾ ਅਸੰਭਵ ਹੈ। ਦੂਜੇ ਸ਼ਬਦਾਂ ਵਿੱਚ, \(T_c\) ਦੀ ਹੋਂਦ ਇੱਕ "ਕੀਮਤ" ਹੈ ਜਿਸਦਾ ਭੁਗਤਾਨ ਕਰਨਾ ਲਾਜ਼ਮੀ ਹੈ।
ਗਰਮੀ ਸਰੋਤ ਅਤੇ ਗਰਮੀ ਸਿੰਕ ਵਿਚਕਾਰ ਥਰਮਲ ਸਥਿਤੀਆਂ ਵਿੱਚ ਜਿੰਨਾ ਵੱਡਾ ਅੰਤਰ ਹੋਵੇਗਾ (ਵਧੇਰੇ ਸਪਸ਼ਟ ਤੌਰ 'ਤੇ, ਅਨੁਪਾਤ \(T_c/T_h\) ਓਨਾ ਹੀ ਛੋਟਾ ਹੋਵੇਗਾ), ਬਾਕੀ ਊਰਜਾ ਨੂੰ ਅੰਤ ਵਿੱਚ ਰੱਦ ਕਰਨ ਤੋਂ ਪਹਿਲਾਂ ਕੁਝ ਗਰਮੀ ਨੂੰ ਕੰਮ ਵਿੱਚ ਬਦਲਣ ਦਾ ਮੌਕਾ ਓਨਾ ਹੀ ਵੱਡਾ ਹੋਵੇਗਾ।
ਇੱਕ ਅਸਲੀ ਇੰਜਣ 'ਤੇ ਗਰਮੀ ਸਰੋਤ (Th) ਦੇ ਤਾਪਮਾਨ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣ ਦਾ ਪ੍ਰਭਾਵ
ਅਭਿਆਸ ਵਿੱਚ, \(T_h\) ਨੂੰ ਵਧਾਉਣਾ ਅਕਸਰ ਪਾਵਰ ਪਲਾਂਟਾਂ ਅਤੇ ਵਾਹਨ ਇੰਜਣਾਂ ਦੀ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਨੂੰ ਬਿਹਤਰ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਮੁੱਖ ਰਣਨੀਤੀ ਹੁੰਦੀ ਹੈ। ਉਦਾਹਰਣਾਂ ਵਿੱਚ ਗੈਸ ਟਰਬਾਈਨ ਅਤੇ ਸੁਪਰਕ੍ਰਿਟੀਕਲ ਸਟੀਮ ਪਾਵਰ ਪਲਾਂਟ ਸ਼ਾਮਲ ਹਨ: ਟਰਬਾਈਨ ਇਨਲੇਟ ਤਾਪਮਾਨ ਵਧਾਉਣ ਨਾਲ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਚੱਕਰ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਵਿੱਚ ਸੁਧਾਰ ਹੁੰਦਾ ਹੈ।
ਹਾਲਾਂਕਿ, \(T_h\) ਵਿੱਚ ਵਾਧਾ ਇੰਜੀਨੀਅਰਿੰਗ ਸੀਮਾਵਾਂ ਦਾ ਸਾਹਮਣਾ ਕਰਦਾ ਹੈ:
1. ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਤਾਕਤ ਅਤੇ ਗਰਮੀ ਪ੍ਰਤੀਰੋਧ
ਟਰਬਾਈਨ ਬਲੇਡ, ਕੰਬਸ਼ਨ ਚੈਂਬਰ, ਅਤੇ ਬਾਇਲਰ ਪਾਈਪ ਵਰਗੇ ਹਿੱਸਿਆਂ ਨੂੰ ਬਹੁਤ ਜ਼ਿਆਦਾ ਤਾਪਮਾਨਾਂ ਦਾ ਸਾਹਮਣਾ ਕਰਨਾ ਪੈਂਦਾ ਹੈ। ਉੱਚ ਤਾਪਮਾਨਾਂ 'ਤੇ, ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਨੂੰ ਰਿਸਣ (ਹੌਲੀ ਵਿਕਾਰ), ਆਕਸੀਕਰਨ, ਗਰਮ ਖੋਰ, ਅਤੇ ਮਕੈਨੀਕਲ ਤਾਕਤ ਦਾ ਨੁਕਸਾਨ ਹੋ ਸਕਦਾ ਹੈ।
2. ਕੰਪੋਨੈਂਟ ਕੂਲਿੰਗ ਲੋੜਾਂ
ਆਧੁਨਿਕ ਗੈਸ ਟਰਬਾਈਨਾਂ ਵਿੱਚ, ਟਰਬਾਈਨ ਬਲੇਡਾਂ ਨੂੰ ਹਵਾ ਜਾਂ ਅੰਦਰੂਨੀ ਕੂਲਿੰਗ ਸਿਸਟਮ ਨਾਲ ਠੰਢਾ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਕੂਲਿੰਗ ਸਮੱਗਰੀ ਨੂੰ ਬਚਣ ਵਿੱਚ ਮਦਦ ਕਰਦੀ ਹੈ, ਪਰ ਇਹ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਨੂੰ ਵੀ ਘਟਾ ਸਕਦੀ ਹੈ ਕਿਉਂਕਿ ਕੂਲਿੰਗ ਸਿਸਟਮ ਲਈ ਕੁਝ ਊਰਜਾ ਵਰਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ ਅਤੇ ਪ੍ਰਵਾਹ ਵਧੇਰੇ ਗੁੰਝਲਦਾਰ ਹੋ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।
3. ਵਧੇ ਹੋਏ ਅਟੱਲ ਨੁਕਸਾਨ
ਉੱਚ ਤਾਪਮਾਨਾਂ 'ਤੇ, ਕੁਝ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆਵਾਂ (ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਅਸਲ ਬਲਨ, ਮਿਸ਼ਰਣ, ਗੜਬੜ, ਵੱਡੇ ਤਾਪਮਾਨ ਅੰਤਰਾਂ 'ਤੇ ਗਰਮੀ ਦਾ ਤਬਾਦਲਾ) ਐਂਟਰੌਪੀ ਨੂੰ ਵਧਾ ਸਕਦੀਆਂ ਹਨ ਅਤੇ ਆਦਰਸ਼ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ ਅਸਲ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਨੂੰ ਘਟਾ ਸਕਦੀਆਂ ਹਨ।
ਹਾਲਾਂਕਿ, ਤਕਨੀਕੀ ਰੁਝਾਨ ਸਮੱਗਰੀ (ਸੁਪਰ ਅਲੌਏ, ਸਿਰੇਮਿਕਸ), ਗਰਮੀ-ਰੋਧਕ ਕੋਟਿੰਗਾਂ, ਅਤੇ ਵਧੇਰੇ ਸੂਝਵਾਨ ਕੂਲਿੰਗ ਡਿਜ਼ਾਈਨਾਂ ਦੇ ਵਿਕਾਸ ਰਾਹੀਂ \(T_h\) ਵਿੱਚ ਸੁਧਾਰ ਲਿਆਉਣਾ ਜਾਰੀ ਰੱਖਦੇ ਹਨ।
ਠੰਡੇ ਭੰਡਾਰ ਦੇ ਤਾਪਮਾਨ (Tc) ਨੂੰ ਘਟਾਉਣ ਦਾ ਪ੍ਰਭਾਵ
\(T_c\) ਨੂੰ ਘਟਾਉਣ ਨਾਲ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਵੀ ਵਧਦੀ ਹੈ, ਪਰ ਅਕਸਰ ਇਹ ਲੱਗਦਾ ਹੈ ਉਸ ਤੋਂ ਵੀ ਜ਼ਿਆਦਾ ਮੁਸ਼ਕਲ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਪਾਵਰ ਪਲਾਂਟਾਂ ਵਿੱਚ, \(T_c\) ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਠੰਢੇ ਪਾਣੀ ਜਾਂ ਆਲੇ ਦੁਆਲੇ ਦੀ ਹਵਾ ਦੇ ਤਾਪਮਾਨ ਨਾਲ ਸੰਬੰਧਿਤ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਕਿਉਂਕਿ ਵਾਤਾਵਰਣ ਨੂੰ ਆਪਣੀ ਮਰਜ਼ੀ ਨਾਲ "ਠੰਡਾ" ਨਹੀਂ ਬਣਾਇਆ ਜਾ ਸਕਦਾ, ਇਸ ਲਈ \(T_c\) ਵਿੱਚ ਕਮੀ ਇਸ ਦੁਆਰਾ ਸੀਮਿਤ ਹੈ:
1. ਜਲਵਾਯੂ ਅਤੇ ਵਾਤਾਵਰਣ ਦਾ ਤਾਪਮਾਨ
ਗਰਮ ਖੇਤਰਾਂ ਵਿੱਚ ਪਾਵਰ ਪਲਾਂਟਾਂ ਵਿੱਚ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ \(T_c\) ਵੱਧ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਇਸ ਲਈ ਠੰਢੇ ਖੇਤਰਾਂ ਵਿੱਚ ਪਾਵਰ ਪਲਾਂਟਾਂ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਘੱਟ ਜਾਂਦੀ ਹੈ।
2. ਕੰਡੈਂਸਰ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਅਤੇ ਕੂਲਿੰਗ ਸਿਸਟਮ
ਬਿਹਤਰ ਕੰਡੈਂਸਰ ਐਗਜ਼ੌਸਟ ਤਾਪਮਾਨ ਨੂੰ ਆਲੇ-ਦੁਆਲੇ ਦੇ ਤਾਪਮਾਨ ਦੇ ਨੇੜੇ ਲਿਆ ਸਕਦੇ ਹਨ, ਪਰ ਉੱਚ ਲਾਗਤ ਅਤੇ ਜਟਿਲਤਾ ਤੋਂ ਬਿਨਾਂ ਇਸ ਸੀਮਾ ਨੂੰ ਪਾਰ ਨਹੀਂ ਕਰ ਸਕਦੇ।
3. ਗਰਮੀ ਦੇ ਤਬਾਦਲੇ ਦੀ ਦਰ 'ਤੇ ਸੀਮਾਵਾਂ
ਪ੍ਰਭਾਵੀ \(T_c\) ਨੂੰ ਘਟਾਉਣ ਦਾ ਮਤਲਬ ਹੈ ਗਰਮੀ ਹਟਾਉਣ ਦੀ ਸਮਰੱਥਾ ਵਧਾਉਣਾ। ਇਸ ਲਈ ਇੱਕ ਵੱਡਾ ਗਰਮੀ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਖੇਤਰ, ਉੱਚ ਕੂਲੈਂਟ ਪ੍ਰਵਾਹ, ਜਾਂ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ ਕੂਲਿੰਗ ਵਿਧੀਆਂ ਦੀ ਲੋੜ ਹੁੰਦੀ ਹੈ - ਇਹ ਸਾਰੇ ਲਾਗਤਾਂ ਅਤੇ ਪਰਜੀਵੀ ਊਰਜਾ ਦੀ ਖਪਤ (ਪੰਪ, ਪੱਖੇ) ਨੂੰ ਪ੍ਰਭਾਵਤ ਕਰਦੇ ਹਨ।
ਵਾਹਨ ਦੇ ਅੰਦਰੂਨੀ ਬਲਨ ਇੰਜਣ ਦੇ ਸੰਦਰਭ ਵਿੱਚ, "ਠੰਡੇ ਭੰਡਾਰ" ਨੂੰ ਇੰਜਣ ਦੇ ਕੂਲਿੰਗ ਸਿਸਟਮ ਅਤੇ ਇਸਦੇ ਆਲੇ ਦੁਆਲੇ ਦੇ ਵਾਤਾਵਰਣ ਵਜੋਂ ਸਮਝਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਗਰਮ ਮੌਸਮ ਅਕਸਰ ਓਪਰੇਟਿੰਗ ਤਾਪਮਾਨ ਵਿੱਚ ਵਾਧਾ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਨੂੰ ਘਟਾ ਸਕਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਦਸਤਕ ਦੇਣ ਜਾਂ ਜ਼ਿਆਦਾ ਗਰਮ ਹੋਣ ਦੇ ਜੋਖਮ ਨੂੰ ਵਧਾ ਸਕਦਾ ਹੈ।
ਆਦਰਸ਼ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਬਨਾਮ ਅਸਲ ਕੁਸ਼ਲਤਾ: ਨੁਕਸਾਨਾਂ 'ਤੇ ਤਾਪਮਾਨ ਦਾ ਪ੍ਰਭਾਵ
ਹਾਲਾਂਕਿ ਕਾਰਨੋਟ ਵੱਧ ਤੋਂ ਵੱਧ ਸੀਮਾਵਾਂ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਅਸਲ ਮਸ਼ੀਨਾਂ ਨੂੰ ਵਾਧੂ ਨੁਕਸਾਨਾਂ ਦਾ ਸਾਹਮਣਾ ਕਰਨਾ ਪੈਂਦਾ ਹੈ:
- ਮਕੈਨੀਕਲ ਰਗੜ (ਸ਼ਾਫਟ, ਪਿਸਟਨ, ਬੇਅਰਿੰਗ) ਜੋ ਕੰਮ ਨੂੰ ਗਰਮੀ ਵਿੱਚ ਬਦਲਦਾ ਹੈ।
- ਵਾਤਾਵਰਣ ਨੂੰ ਅਣਚਾਹੇ ਗਰਮੀ ਦੇ ਤਬਾਦਲੇ ਦੇ ਨੁਕਸਾਨ।
- ਅੰਦਰੂਨੀ ਬਲਨ ਇੰਜਣਾਂ ਵਿੱਚ ਅਧੂਰਾ ਬਲਨ, ਇਸ ਲਈ ਸਾਰੀ ਰਸਾਇਣਕ ਊਰਜਾ ਉਪਯੋਗੀ ਗਰਮੀ ਵਿੱਚ ਨਹੀਂ ਬਦਲਦੀ।
- ਪਾਈਪਾਂ, ਵਾਲਵ, ਹੀਟ ਐਕਸਚੇਂਜਰਾਂ ਵਿੱਚ ਤਰਲ ਪ੍ਰਵਾਹ ਦਾ ਨੁਕਸਾਨ (ਦਬਾਅ ਘਟਣਾ)।
- ਗੈਰ-ਅਰਧ-ਸਥਿਰ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆਵਾਂ, ਗੜਬੜ, ਅਤੇ ਮਿਸ਼ਰਣ ਦੇ ਕਾਰਨ ਅਟੱਲਤਾ।
ਤਾਪਮਾਨ ਇਹਨਾਂ ਨੁਕਸਾਨਾਂ ਨਾਲ ਨੇੜਿਓਂ ਜੁੜਿਆ ਹੋਇਆ ਹੈ। ਉਦਾਹਰਣ ਵਜੋਂ, ਇੱਕ ਹੀਟ ਐਕਸਚੇਂਜਰ ਵਿੱਚ ਤਾਪਮਾਨ ਦਾ ਵੱਡਾ ਅੰਤਰ ਹੀਟ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਨੂੰ ਤੇਜ਼ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਪਰ ਇਹ ਅਕਸਰ ਜ਼ਿਆਦਾ ਐਂਟਰੋਪੀ ਉਤਪਾਦਨ ਦੇ ਕਾਰਨ ਅਟੱਲਤਾ ਨੂੰ ਵਧਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਇਸਦਾ ਮਤਲਬ ਹੈ ਕਿ ਥਰਮਲ ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਨੂੰ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਦੀਆਂ ਜ਼ਰੂਰਤਾਂ ਨੂੰ ਸੰਤੁਲਿਤ ਕਰਨਾ ਚਾਹੀਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਅਟੱਲਤਾ ਨੂੰ ਘੱਟ ਕਰਨਾ ਚਾਹੀਦਾ ਹੈ।
ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨ ਉਦਾਹਰਣਾਂ: ਰੈਂਕਾਈਨ ਅਤੇ ਬ੍ਰੇਟਨ ਸਾਈਕਲ
ਇੱਕ ਭਾਫ਼ ਪਾਵਰ ਪਲਾਂਟ (ਰੈਂਕਾਈਨ ਚੱਕਰ) ਵਿੱਚ, ਟਰਬਾਈਨ-ਇਨਲੇਟ ਭਾਫ਼ ਦੇ ਤਾਪਮਾਨ ਅਤੇ ਦਬਾਅ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣਾ (ਜਿਵੇਂ ਕਿ, ਸੁਪਰਹੀਟ ਜਾਂ ਸੁਪਰਕ੍ਰਿਟੀਕਲ ਕਰਨ ਲਈ) ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਵਧਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਇਸਦੇ ਉਲਟ, ਐਗਜ਼ੌਸਟ ਭਾਫ਼ ਦਬਾਅ/ਤਾਪਮਾਨ ਨੂੰ ਘਟਾਉਣ ਲਈ ਇੱਕ ਪ੍ਰਭਾਵਸ਼ਾਲੀ ਕੰਡੈਂਸਰ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਨ ਨਾਲ ਵੀ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਵਧਦੀ ਹੈ, ਹਾਲਾਂਕਿ ਵਾਤਾਵਰਣ ਦੀਆਂ ਸੀਮਾਵਾਂ ਦੇ ਨਾਲ।
ਗੈਸ ਟਰਬਾਈਨਾਂ (ਬ੍ਰੇਟਨ ਚੱਕਰ) ਵਿੱਚ, ਟਰਬਾਈਨ ਦੇ ਇਨਲੇਟ ਤਾਪਮਾਨ ਵਧਣ ਨਾਲ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਵਧਦੀ ਹੈ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਪੁਨਰਜਨਮ, ਇੰਟਰਕੂਲਿੰਗ ਅਤੇ ਰੀਹੀਟਿੰਗ ਵਰਗੀਆਂ ਤਕਨੀਕਾਂ ਰਹਿੰਦ-ਖੂੰਹਦ ਨੂੰ ਘਟਾਉਣ ਅਤੇ ਸ਼ੁੱਧ ਕੰਮ ਵਧਾਉਣ ਲਈ ਤਾਪਮਾਨ ਪ੍ਰੋਫਾਈਲ ਨੂੰ ਨਿਯੰਤ੍ਰਿਤ ਕਰਦੀਆਂ ਹਨ। ਸੰਯੁਕਤ ਚੱਕਰ, ਜੋ ਰੈਂਕਾਈਨ ਚੱਕਰ ਵਿੱਚ ਭਾਫ਼ ਪੈਦਾ ਕਰਨ ਲਈ ਗੈਸ ਟਰਬਾਈਨ ਦੀ ਐਗਜ਼ੌਸਟ ਗਰਮੀ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਤਾਪਮਾਨ ਵਧਾਉਣ ਦੀ ਰਣਨੀਤੀ ਦੀ ਇੱਕ ਸਪੱਸ਼ਟ ਉਦਾਹਰਣ ਹੈ: ਵਿਚਕਾਰਲੇ ਤਾਪਮਾਨਾਂ 'ਤੇ ਗਰਮੀ ਜੋ ਪਹਿਲਾਂ ਬਰਬਾਦ ਹੁੰਦੀ ਸੀ, ਹੁਣ ਵਾਧੂ ਕੰਮ ਪੈਦਾ ਕਰਨ ਲਈ ਵਰਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ।
ਸਿੱਟਾ
ਤਾਪਮਾਨ ਇੱਕ ਮੁੱਖ ਪਰਿਵਰਤਨਸ਼ੀਲ ਹੈ ਜੋ ਇੱਕ ਹੀਟ ਇੰਜਣ ਦੀ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਨੂੰ ਨਿਰਧਾਰਤ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਸਿਧਾਂਤਕ ਤੌਰ 'ਤੇ, ਵੱਧ ਤੋਂ ਵੱਧ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਕਾਰਨੋਟ ਕੁਸ਼ਲਤਾ, \(\eta = 1 – T_c/T_h\) ਦੁਆਰਾ ਸੀਮਿਤ ਹੈ, ਜੋ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਵਧਦੀ ਹੈ ਕਿਉਂਕਿ ਗਰਮੀ ਸਰੋਤ ਦਾ ਤਾਪਮਾਨ ਵਧਦਾ ਹੈ ਅਤੇ/ਜਾਂ ਠੰਡੇ ਭੰਡਾਰ ਦਾ ਤਾਪਮਾਨ ਘਟਦਾ ਹੈ। ਅਭਿਆਸ ਵਿੱਚ, \(T_h\) ਨੂੰ ਵਧਾਉਣਾ ਸਮੱਗਰੀ ਸਮਰੱਥਾਵਾਂ, ਠੰਢਾ ਕਰਨ ਦੀਆਂ ਜ਼ਰੂਰਤਾਂ, ਅਤੇ ਅਟੱਲ ਨੁਕਸਾਨਾਂ ਦੁਆਰਾ ਸੀਮਿਤ ਹੈ; ਜਦੋਂ ਕਿ \(T_c\) ਨੂੰ ਘਟਾਉਣਾ ਵਾਤਾਵਰਣ ਦੇ ਤਾਪਮਾਨ ਅਤੇ ਸਿਸਟਮ ਦੀ ਗਰਮੀ ਨੂੰ ਰੱਦ ਕਰਨ ਦੀ ਯੋਗਤਾ ਦੁਆਰਾ ਸੀਮਿਤ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ, ਇੱਕ ਹੀਟ ਇੰਜਣ ਦੀ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਵਿੱਚ ਸੁਧਾਰ ਕਰਨਾ ਸਿਰਫ਼ "ਇਸਨੂੰ ਗਰਮ ਬਣਾਉਣ" ਜਾਂ "ਇਸਨੂੰ ਠੰਡਾ ਬਣਾਉਣ" ਦਾ ਮਾਮਲਾ ਨਹੀਂ ਹੈ, ਸਗੋਂ ਸਮੁੱਚੇ ਤੌਰ 'ਤੇ ਥਰਮਲ ਸਿਸਟਮ ਨੂੰ ਅਨੁਕੂਲ ਬਣਾਉਣ ਦਾ ਮਾਮਲਾ ਹੈ - ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਚੋਣ ਕਰਨਾ, ਹੀਟ ਐਕਸਚੇਂਜਰ ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਕਰਨਾ, ਨੁਕਸਾਨਾਂ ਨੂੰ ਕੰਟਰੋਲ ਕਰਨਾ, ਅਤੇ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਤਾਪਮਾਨ ਪੱਧਰਾਂ 'ਤੇ ਗਰਮੀ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਨਾ। ਤਾਪਮਾਨ ਅਤੇ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਵਿਚਕਾਰ ਸਬੰਧ ਨੂੰ ਸਮਝ ਕੇ, ਅਸੀਂ ਹੀਟ ਇੰਜਣ ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਕਰ ਸਕਦੇ ਹਾਂ ਜੋ ਵਧੇਰੇ ਊਰਜਾ-ਕੁਸ਼ਲ, ਵਧੇਰੇ ਭਰੋਸੇਮੰਦ ਅਤੇ ਵਧੇਰੇ ਵਾਤਾਵਰਣ ਅਨੁਕੂਲ ਹਨ।
ਜੇ ਤੁਸੀਂ ਚਾਹੋ, ਤਾਂ ਮੈਂ ਇਸ ਲੇਖ ਨੂੰ ਇੱਕ ਸੰਸਕਰਣ ਵਿੱਚ ਢਾਲ ਸਕਦਾ ਹਾਂ: (1) ਵਾਧੂ ਹਵਾਲਿਆਂ ਅਤੇ ਸਮੀਕਰਨਾਂ ਦੇ ਨਾਲ ਵਧੇਰੇ ਅਕਾਦਮਿਕ, (2) ਹਾਈ ਸਕੂਲ ਦੇ ਵਿਦਿਆਰਥੀਆਂ ਲਈ ਵਧੇਰੇ ਪ੍ਰਸਿੱਧ, ਜਾਂ (3) ਵਾਹਨ ਇੰਜਣਾਂ ਜਾਂ ਪਾਵਰ ਪਲਾਂਟਾਂ ਦੀਆਂ ਉਦਾਹਰਣਾਂ 'ਤੇ ਧਿਆਨ ਕੇਂਦਰਿਤ ਕਰਨਾ।
