مڪينيڪل انجنيئرنگ ۾ حرارتي نظام ۾ اينٿالپي تبديليون

مڪينيڪل انجنيئرنگ ۾ حرارتي نظام ۾ اينٿالپي تبديليون

مڪينيڪل انجنيئرنگ جي دنيا ۾، توانائي جي بحثن کي حرارتي نظامن جهڙوڪ بوائلر، اسٽيم ٽربائن، ڪمپريسر، ڪنڊينسر، گرمي ايڪسچينجر، ۽ اندروني ڪمبشن انجن سان ڳنڍجي نه ٿو سگهجي. انهن ڊوائيسز ۾ توانائي جي منتقلي جو تجزيو ڪرڻ لاءِ سڀ کان وڌيڪ استعمال ٿيندڙ ٿرموڊائنامڪ مقدارن مان هڪ اينٿالپي آهي. اينٿالپي خاص طور تي ڪارآمد آهي ڇاڪاڻ ته حرارتي ڊوائيسز ۾ عمل اڪثر ڪري هڪ بند نظام (ڪنٽرول ماس) جي بدران هڪ سيال وهڪري (ڪنٽرول حجم) اندر ٿيندا آهن. تنهن ڪري، اينٿالپي تبديلين کي سمجهڻ اهو سمجهڻ جي ڪنجي آهي ته توانائي هڪ عمل ۾ ڪٿي وڃي ٿي.

1. اينٿالپي ۽ ان جي جسماني معنيٰ کي سمجھڻ

تعريف جي لحاظ کان، اينٿالپي (H) هڪ ٿرموڊائنامڪ مقدار آهي جيڪا هن طرح تيار ڪئي وئي آهي:

ايڇ = يو + پي وي

سان:
- يو = اندروني توانائي
- پي = دٻاءُ
- وي = حجم

وهڪري جي نظام جي تجزيي لاءِ، مخصوص فارم عام طور تي استعمال ڪيو ويندو آهي:

ايڇ = يو + پي وي

جتي h مخصوص اينٿالپي (kJ/kg) آهي. اضافي pv اصطلاح کي اڪثر "وهڪري جي ڪم" سان لاڳاپيل توانائي جي طور تي تعبير ڪيو ويندو آهي، يعني، اهو ڪم جيڪو سيال کي ڪنٽرول حجم ۾ يا ٻاهر منتقل ڪرڻ لاءِ گهربل آهي. اهو ئي سبب آهي ته اينٿالپي ٽربائن، نوزل، ڊفيوزر، پمپ ۽ ڪمپريسر جهڙن ڊوائيسز جي تجزيو لاءِ تمام آسان آهي.

2. حرارتي عملن ۾ اينٿالپي تبديلي (Δh)

مڪينيڪل انجنيئرنگ جي مشق ۾، سڀ کان اهم شيءِ صرف اينٿالپي جي قيمت ناهي، پر اينٿالپي ۾ تبديلي آهي:

Δh = h₂ - h₁

هي تبديلي گرمي، ٿڌي، توسيع، دٻاءُ، يا مرحلي جي تبديلي (مثال طور، پاڻي کان ٻاڦ) جي ڪري سيال جي توانائي جي مقدار ۾ تبديلي کي بيان ڪري ٿي. ڪيترن ئي حرارتي حصن ۾، اينٿالپي تبديلي سڌو سنئون گرمي ۽ شامل ڪم سان لاڳاپيل آهي.

مثال طور:
- بوائلر ۾، اينٿالپي وڌي ٿي ڇاڪاڻ ته سيال گرمي حاصل ڪري ٿو.
- ٽربائن ۾، اينٿالپي گهٽجي ويندي آهي ڇاڪاڻ ته سيال توانائي شافٽ جي ڪم ۾ تبديل ٿي ويندي آهي.
- ڪنڊينسر ۾، اينٿالپي گهٽجي ويندي آهي ڇاڪاڻ ته ٻاڦ ماحول يا ٿڌي وچولي ۾ گرمي جاري ڪري ٿي.

3. مستحڪم وهڪري توانائي مساوات ۾ اينٿالپي

مڪينيڪل انجنيئرنگ ٿرمل سسٽم جو سڀ کان عام تجزيو مستحڪم وهڪرو آهي. مستحڪم وهڪرو ڪنٽرول حجم لاءِ توانائي مساوات (مستحڪم وهڪرو توانائي مساوات / SFEE) اڪثر هن طرح لکيو ويندو آهي:

ق − ڊبليو = (ه₂ − ه₁) + (وي₂² − وي₁²)/2 + جي(زي₂ − زي₁)

سان:
– q = گرمي في يونٽ ماس (kJ/kg)
– w = ڪم في يونٽ ماس (kJ/kg)
– V = وهڪري جي رفتار (m/s)
– z = بلندي (م)
- g = ڪشش ثقل جي ڪري تيزي (m/s²)

ڪيترين ئي مڪينيڪل انجنيئرنگ ايپليڪيشنن ۾، اينٿالپي ۾ تبديلي جي مقابلي ۾ حرڪي ۽ امڪاني توانائي ۾ تبديليون نسبتاً ننڍيون هونديون آهن، تنهن ڪري انهن کي اڪثر ڪري آسان بڻايو ويندو آهي:

ق − ڊبليو ≈ ايڇ₂ − ايڇ₁

هي سادو تعلق تمام طاقتور آهي: جيڪڏهن اسان ڄاڻون ٿا ته گرمي ۽ ڪم ڪيئن ٿئي ٿو، ته اسان اينٿالپي تبديلي جو اندازو لڳائي سگهون ٿا؛ يا ان جي برعڪس، جيڪڏهن اينٿالپي ڊيٽا معلوم آهي (مثال طور اسٽيم ٽيبلن مان)، ته اسان ٽربائن جي ڪم يا ڪمپريسر جي طاقت جي گهرجن جو حساب لڳائي سگهون ٿا.

4. حرارتي نظام جي مکيه حصن ۾ اينٿالپي تبديليون

الف) بوائلر ۽ هيٽر
بوائلر ۾، پاڻي کي گرم ڪيو ويندو آهي جيستائين اهو ٻاڦ ۾ تبديل نه ٿئي. عمل ۾ شامل ٿي سگھي ٿو:
1) مائع پاڻي جي گرمائش (سمجهدار گرمي)،
2) بخارات (پوشيده گرمائش)،
3) سپر هيٽنگ (وڌيڪ ٻاڦ واري گرمائش).

اهي ٽئي اينٿالپي کي خاص طور تي وڌائين ٿا. تصوراتي طور تي:

ق_ان ≈ ايڇ_آئوٽ − ايڇ_ان

بوائلر جي آئوٽ ليٽ پريشر ۽ گرمي پد جيترو وڌيڪ هوندو، اوترو ئي پيدا ٿيندڙ ٻاڦ جي اينٿالپي وڌيڪ هوندي، ۽ عام طور تي ٽربائن ۾ ڪڍڻ جي صلاحيت اوترو ئي وڌيڪ هوندي.

ب) اسٽيم ٽربائن ۽ گيس ٽربائن
ٽربائن ۾، سيال بليڊن ۽ شافٽ تي ڪم ڪندو آهي. ايڊيبيٽڪ حالتن ۾ (تقريبن ڪابه گرمي منتقلي نه):

ٻاهر ≈ h_in − h_out

ان جو مطلب آهي ته ٽربائن ۾ اينٿالپي جي گهٽتائي سڌو سنئون پيدا ٿيندڙ ڪم سان لاڳاپيل آهي. اسٽيم ٽربائنز لاءِ، اينٿالپي ڊيٽا عام طور تي ٽيبلن يا موليئر (hs) ڊاگرام مان حاصل ڪيو ويندو آهي. گئس ٽربائنز لاءِ، اينٿالپي اڪثر ڪري مخصوص گرمي جي گنجائش استعمال ڪندي حساب ڪيو ويندو آهي، هڪ مثالي گئس طريقو استعمال ڪندي.

ج) پمپ ۽ ڪمپريسر
پمپ (مائع لاءِ) ۽ ڪمپريسر (گيس لاءِ) کي ان پٽ ڪم جي ضرورت هوندي آهي. پمپن لاءِ، ڇاڪاڻ ته مائع تقريبن دٻجي نه سگهندا آهن، اينٿالپي تبديلي نسبتاً ننڍي هوندي آهي ۽ اڪثر ڪري ان جي ويجهو هوندي آهي:

w_in ≈ v (p₂ − p₁)

گئس ڪمپريسر ۾، اينٿالپي ۾ واڌ وڏي ٿي سگهي ٿي ۽ ڪمپريشن جي ڪري گرمي پد ۾ واڌ سان لاڳاپيل آهي. هڪ ايڊيبيٽڪ ڪمپريسر ۾:

w_in ≈ h_out − h_in

اينٿالپي ۾ واڌ شافٽ جي ڪم ذريعي سيال ۾ شامل ٿيندڙ توانائي کي ظاهر ڪري ٿي.

د) ڪنڊينسر
ڪنڊينسر ٻاڦ مان گرمي ڪڍي ٿو جيستائين اهو مائع ۾ ڳري نه وڃي. جڏهن ڪو شافٽ آپريشن نه هجي:

q_out ≈ h_in − h_out

ڪنڊينسر ۾ اينٿالپي جي گهٽتائي عام طور تي وڏي هوندي آهي ڇاڪاڻ ته ان ۾ ڪنڊينسنيشن دوران پوشيده گرمي جي ڇڏڻ شامل هوندي آهي، جيڪا عام گرمي پد جي گهٽتائي جي مقابلي ۾ تمام گهڻي غالب هوندي آهي.

اي) ايڪسپينشن والو (ٿروٽلنگ والو)
توسيع والوز عام طور تي ريفريجريشن سسٽم ۽ ڪجهه اسٽيم سسٽم ۾ مليا آهن. ٿروٽلنگ جي عمل ۾ هڪ اهم خاصيت آهي: ڪيترن ئي انجنيئرنگ حالتن هيٺ مسلسل اينٿالپي (آئسنٿالپڪ).

ح₁ ≈ ح₂

جيتوڻيڪ اينٿالپي ۾ ڪا تبديلي نه رهي ٿي، دٻاءُ ڊرامائي طور تي گهٽجي ٿو، ۽ ڪجهه سيال مرحلو تبديل ڪري سگهي ٿو (مثال طور، مائع-بخار جو مرکب بڻجي وڃي ٿو). هي ريفريجريشن چڪر ۾ اهم آهي ڇاڪاڻ ته ان جي نتيجي ۾ واڌ کان پوءِ گهٽ درجه حرارت پيدا ٿئي ٿو.

5. ڪم ڪندڙ سيال جي اينٿالپي ۽ مرحلي ۾ تبديليون

اينٿالپي تبديليون مرحلن جي تبديلين جي عملن ۾ سڀ کان وڌيڪ نمايان آهن، جهڙوڪ:
- اُبلندڙ پاڻي ٻاڦ ۾ تبديل ٿي ويندو آهي،
- ٻاڦ پاڻيءَ ۾ ڳري ٿي،
- ريفريجرينٽ ايواپوريٽر ۾ بخارات بڻجي ويندو آهي.

بخارات يا ڪنڊينسيشن جي پوشيده گرمي مسلسل دٻاءُ هيٺ گرمي پد ۾ اهم واڌ کانسواءِ اينٿالپي ۾ اضافو پيدا ڪري ٿي. تنهن ڪري، اينٿالپي تجزيو بوائلر، ڪنڊينسر، ايواپوريٽرز، ۽ ٻن مرحلن واري گرمي ايڪسچينجرز جي ڊيزائن ۾ اهم آهي.

6. ميڪيڪل انجنيئرنگ جي مشق ۾ اينٿالپي ڊيٽا جو استعمال

ڪيترين ئي حقيقي دنيا جي ڪيسن ۾، انجنيئر بنيادي فارمولي مان اينٿالپي جو حساب نه ڪندا آهن، پر ان جي بدران استعمال ڪندا آهن:
- ٻاڦ واريون ٽيبلون،
- ايڇ ايس ڊاگرام (موليئر)،
- ٿرموڊائنامڪ پراپرٽي سافٽ ويئر (REFPROP، EES، CoolProp)،
- ٺاهيندڙ ڊيٽا.

اينٿالپي ريڊنگ ۾ ننڍيون غلطيون ٽربائن پاور، ايندھن جي ضرورتن، يا ٿڌي گنجائش جي اندازن ۾ اهم فرق پيدا ڪري سگھن ٿيون. تنهن ڪري، مناسب آپريٽنگ حالتن (دٻاءُ/درجه حرارت) کي چونڊڻ ۽ ٻاڦ جي معيار کي سمجهڻ انتهائي اهم آهن.

7. ڪيسمپولن

اينٿالپي تبديلي ميڪيڪل انجنيئرنگ ٿرمل سسٽم جي تجزيي ۾ هڪ بنيادي تصور آهي ڇاڪاڻ ته اهو وهڪري جي سامان ۾ گرمي، ڪم، ۽ فلوئڊ اسٽيٽ تبديلين جي رجحان کي سڌو سنئون ڳنڍيندو آهي. اسٽيڊي اسٽيٽ انرجي مساوات کي استعمال ڪندي، اينٿالپي تبديلي کي ٽربائن جي ڪم، ڪمپريسر پاور، بوائلر ۾ شامل ڪيل گرمي، ۽ ڪنڊينسر ۾ رد ٿيل گرمي جي حساب لاءِ استعمال ڪري سگهجي ٿو. اينٿالپي انجنيئرن لاءِ رينڪائن، برائيٽن، ۽ ريفريجريشن سسٽم جهڙن ٿرمل سائيڪلن جي ڪارڪردگي ۽ ڪارڪردگي کي سمجهڻ لاءِ هڪ عملي "ٻولي" طور ڪم ڪري ٿو. اينٿالپي تبديلي ۾ مهارت حاصل ڪرڻ جو مطلب آهي ته ٿرمل سسٽم کي وڌيڪ صحيح، محفوظ ۽ ڪارآمد طريقي سان پڙهڻ ۽ ڊزائين ڪرڻ جي قابل هجڻ.

جيڪڏهن توهان چاهيو ٿا، ته مان مضمون کي وڌيڪ لاڳو ڪرڻ ۽ ليڪچرز/عملي ڪم جي ضرورتن جي ويجهو آڻڻ لاءِ سادي حساب ڪتاب جا مثال (مثال طور اسٽيم ٽربائن يا ڪمپريسر) شامل ڪري سگهان ٿو.