Test: Fluid Mechanics - 3 - Mechanical Engineering MCQ

आमतौर पर पाइप प्रवाह की समस्या में दो प्रकार की हानियाँ होती हैं:

a) मेजर लोस: घर्षण के कारण हेड लोस होता है, जो इस प्रकार है-

b) माइनर हेड लॉस: माइनर हेड लॉस इनके कारण होता है:

1. आकस्मिक वृद्धि

2. आकस्मिक संकुचन

3. पाइप मुड़ने के कारण

4. पाइप के प्रवेश और निकासी पर हेड लोस इत्यादि के कारण

एक ऑरिफिस एक छोटा अपर्चर होता है जिसके माध्यम से तरल गुज़रता है। प्रवाह की दिशा में एक ऑरिफिस की मोटाई इसके अन्य विमाओं की तुलना में बहुत छोटी होती है। एक ऑरिफिस तब बड़ा कहा जाता है जब उपलब्ध तरल का शीर्ष मुहाने की ऊंचाई से 5 गुना कम है।

सम्पूर्ण दबाव = गेज दबाव + स्थानीय वायुमंडलीय दबाव

ऋणात्मक गेज दबाव = निर्वात दबाव = पानी का 4.5 m

पानी का स्थानीय वायुमंडलीय दबाव = पानी का 10.3 m

समतुल्य पूर्ण दबाव = -4.5 + 10.33 = पानी का 5.83 m

प्रवाह को एकसमान प्रवाह के रूप में तब परिभाषित किया जाता है जब प्रवाह क्षेत्र में वेग और अन्य हाइड्रोडायनेमिक पैरामीटर समय की किसी भी अवधि पर विभिन्न बिन्दुओं पर परिवर्तनीय नहीं होता है। एकसमान प्रवाह के लिए वेग केवल समय का फलन होता है। जब वेग और अन्य हाइड्रोडायनेमिक पैरामीटर एक बिंदु से अन्य में बदलता है, तो उसे असमान प्रवाह के रूप में परिभाषित किया जाता है।

एक आयताकार बांध का निर्वहन होगा-

जहाँ H: - शांत जल का शीर्ष

एक त्रिकोणीय बाँध (वी-आकार की बाँध) पर प्रवाह:

θ: काट का कोण

एक समलम्बाकार बाँध (अथवा) काट पर प्रवाह-

जहाँ,  ऊर्ध्वाधर झुकाव के साथ बाँध का कोण

 आयताकार भाग के लिए निर्वहन गुणांक

 त्रिभुजाकर भाग के लिए निर्वहन गुणांक

त्रिकोणीय बांध में निर्वहन Q निम्नानुसार होता है-

H = काट के शीर्ष से ऊपर तरल की ऊंचाई

θ = काट का कोण

C_d = निर्वहन स्थिरांक

एक साधारण मानोमीटर में एक ग्लास ट्यूब शामिल होता है जिसका एक छोर उस बिंदु से जुड़ा हुआ होता है जहाँ दबाव को मापा जाना है और दूसरा छोर वातावरण में खुला रहता है। साधारण मानोमीटर के सामान्य प्रकार इस प्रकार हैं:

• पीजोमीटर
• U-ट्यूब मानोमीटर
• एकल स्तंभ मानोमीटर

अवकल मानोमीटर एक द्रव प्रणाली में दो बिंदु के बीच दबाव के अंतर का माप होता है और प्रणाली में किसी बिंदु पर वास्तविक दबाव नहीं माप सकता है। इसमें U-ट्यूब शामिल होता है जिसमे भारी तरल होता है, जिसके दो छोर उन बिंदुओं से जुड़े हुए होते हैं, जिनके दबाव के अंतर को मापा जाना है।

• अपराईट U-ट्यूब मानोमीटर
• इनवर्टेड U-ट्यूब मानोमीटर
• प्रवृत्त अवकल मानोमीटर
• माइक्रो मनोमीटर

विचलन वाले भाग में वेग में कमी आती है और उसी के साथ दाब में वृद्धि होती है। यदि विचलन कोण बहुत बड़ा है,तो काफी हद तक पश्चवर्ती दाब में वृद्धि होगी एवं भंवर का निर्माण होगा जिसके परिणामस्वरूप प्रवाह भी पृथक होगा। इस प्रकार, प्रवाह पृथक्करण से बचने के लिए विचलन कोण 7° से अधिक नहीं होना चाहिए और सीमा लगभग 5 - 7° होनी चाहिए।

द्रव का सापेक्ष घनत्व = 1.62

दबाव = 250 किलो पास्कल

P = ρgh

250 × 103 = 1.62 × 1000 × 9.81 × h

h = 15.73 मीटर

उत्पादित हेड = 15.73 मीटर

A = टंकी का पृष्ठीय क्षेत्रफल

H₁ = तरल की प्रारंभिक ऊंचाई

H₂ = तरल की अंतिम ऊंचाई 

a = छिद्र का क्षेत्रफल 

अब तरल स्तर को H₁ से H₂ तक लाने के लिए आवश्यक कुल समय T को सीमा H₁ से H₂ तक के बीच समीकरण का एकीकरण करके ज्ञात किया जा सकता है अर्थात्

यदि टंकी को पूरी तरह से खाली किया जाना है, तो इस समीकरण में H₂ = 0 रखने पर, हमें प्राप्त होता है 

न्यूटनीयन तरल: सामान्य परिस्थितियों में वायु, पानी, पारा, ग्लिसरीन, केरोसिन और अन्य इंजीनियरिंग तरल पदार्थ

छद्म प्लास्टिक तरल: महीन कण निलंबन, जिलेटिन, रक्त, दूध, कागज लुगदी, बहुलक विलयन जैसे रबड़, पेंट

विस्फारी तरल: अत्यंत महीन अनियमित कण निलंबन, जल में चीनी, चावल स्टार्च का जलीय निलंबन, दलदल, कागज मुद्रण वाली स्याही

आदर्श प्लास्टिक या बिंगहम तरल पदार्थ: मल-जल कीचड़, ड्रिलिंग कीचड़

वैद्युत-प्रत्यास्थ तरल पदार्थ: पाइप प्रवाह में तरल ठोस मिश्रण, बिटूमन, टार, अस्फ़ाल्ट, कर्षण पराभव के गुण के साथ बहुलक तरल पदार्थ

कंपानुवर्ती तरल: प्रिंटर की स्याही, कच्चे तेल, लिपस्टिक, कुछ पेंट और एनामेल पेंट

प्रवाह गाढक़रणिक तरल: बहुत दुर्लभ तरल - ठोस निलंबन, पानी में जिप्सम निलंबन और बेंटोनाइट विलयन

एक हाइड्रोमीटर या एरोमीटर एक उपकरण है जो तरल पदार्थ के विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण (सापेक्ष घनत्व) को मापता है-तरल के घनत्व से पानी घनत्व का अनुपात 

एक हाइग्रोमीटर, जो एक सायक्रोमीटर के रूप में भी जाना जाता है, एक उपकरण है जिसका उपयोग हवा में आर्द्रता को मापने के लिए किया जाता है।

एक थर्मामीटर एक उपकरण है जो तापमान या तापमान प्रवणता को मापता है।

एक पिज़ोमीटर एक उपकरण है जो एक प्रणाली में गुरुत्वाकर्षण बल के विपरीत ऊपर उठे हुए पानी के स्तंभों की ऊंचाई के मापन द्वारा तरल दबाव को मापने के लिए उपयोग किया जाता है।

एक तरल पदार्थ आदर्श तब माना जाता है जब यह असंपीड़ित और गैर श्यान दोनों हो, एवं इसका प्रत्यास्था गुणांक अपरिमित हो। एक आदर्श द्रव एक तरल पदार्थ है जिसमें कई गुण होते हैं जिनमें एक तथ्य यह भी है कि:

असम्पीडित - घनत्व स्थिर होगा

गैर श्यान - (अश्यान) द्रव में कोई आंतरिक घर्षण नहीं होगा

असम प्रवाह: जब द्रव के गुण स्थान के अनुसार नहीं बदलते हैं, तो प्रवाह को असम प्रवाह के रूप में जाना जाता है।

स्थिर प्रवाह: जब द्रव के गुण समय के अनुसार नहीं बदलते हैं, तो प्रवाह को स्थिर प्रवाह के रूप में जाना जाता है।

अस्थिर प्रवाह: जब द्रव का गुण समय के अनुसार बदलता है, तो प्रवाह को स्थिर प्रवाह के रूप में जाना जाता है।

चक्रीय प्रवाह: जब द्रव के कण अपने द्रवमान के केंद्र के चारों ओर घूमते हैं, तो प्रवाह को चक्रीय प्रवाह के रूप में जाना जाता है।

मेटा-केन्द्रक ऊंचाई (GM) के संबंध में एक अस्थिर वस्तु के स्थिर संतुलन के लिए स्थिति इस प्रकार है:

• स्थिर साम्यावस्था: GM > 0 (M, G से ऊपर है)
• उदासीन साम्यावस्था: GM = 0 (M, G सन्निपतित हैं)
• अस्थिर साम्यावस्था: GM < 0 (M, G के नीचे है)

उप्लावनशीलता के केंद्र और गुरुत्वाकर्षण के केंद्र के संबंध में एक अस्थिर वस्तु के स्थिर संतुलन के लिए स्थिति इस प्रकार है:

• स्थिर साम्यावस्था: यदि इसके गुरुत्वाकर्षण का केंद्र उप्लावनशीलता के केंद्र से सीधे नीचे होता है।
• उदासीन साम्यावस्था: यदि इसके गुरुत्वाकर्षण का केंद्र उप्लावनशीलता के केंद्र के साथ सन्निपतित होता है।
• अस्थिर साम्यावस्था: यदि इसके गुरुत्वाकर्षण का केंद्र उप्लावनशीलता के केंद्र से सीधे ऊपर होता है।

एक जलमग्न वस्तु साम्यावस्था में तब होती है जब गुरुत्वाकर्षण का केंद्र उप्लावनशीलता के केंद्र से सीधे नीचे स्थित होता है। यदि वस्तु किसी भी दिशा में थोड़ी झुक जाती है, तो उप्लावनशील बल और वजन हमेशा एक प्रत्यावर्तन युग्मक उत्पन्न करती है जो वस्तु को इसके वास्तविक स्थिति में लौटाने का प्रयास करती है।

जहाँ,

V = आयताकार चैनल में से प्रवाह का वेग

D = प्रवाह की गहराई

विशिष्ट ऊर्जा (E) होगी 

4°C के तापमान पर पानी का विशिष्ट गुरुत्वीय मान 1.0 होगा। विशिष्ट गुरुत्वीय मान तरल के घनत्व का माप है।

विशिष्ट गुरुत्वीय मान के बारे में कुछ रोचक तथ्य:

पानी का विशिष्ट गुरुत्वीय मान वास्तव में प्रति घन सेंटीमीटर ग्राम में पानी का घनत्व है।

एक पाइप लाइन में वाष्पीकरण से बचने के लिए शीर्ष पर पाइप लाइन इस प्रकार रखी जाती है जिससे यह हाइड्रोलिक ढाल से 6.4 मीटर ऊपर से अधिक नहीं होती है।

पारे का उपयोग बैरोमीटर में किया जाता है क्योंकि यह एक उच्च घनत्व वाला तरल पदार्थ है जो उच्च दबाव के लिए कॉलम को कम ऊंचाई प्रदान करता है। उदाहरण के लिए, पानी का उपयोग करने वाले बैरोमीटर को एक ही दबाव अंतर प्राप्त करने के लिए पारे बैरोमीटर की तुलना में 13.6 गुना लंबा होना चाहिए। ऐसा इसलिए है क्योंकि पारे पानी की तुलना में 13.6 गुना घनत्व वाला है।