Diesel Cycle MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Diesel Cycle - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

व्याख्या:

डीजल इंजन पेट्रोल इंजन की तुलना में अपनी उच्च दक्षता के लिए जाने जाते हैं। इस दक्षता अंतर का प्राथमिक कारण उनका उच्च संपीडन अनुपात है।

संपीडन अनुपात:

• एक आंतरिक दहन इंजन का संपीडन अनुपात दहन कक्ष की अधिकतम मात्रा और न्यूनतम मात्रा के अनुपात को दर्शाता है। सरल शब्दों में, यह वह अनुपात है जब पिस्टन अपने स्ट्रोक के निचले भाग (निचला डेड केंद्र) पर होता है और जब पिस्टन अपने स्ट्रोक के शीर्ष (ऊपरी मृत केंद्र) पर होता है।
• डीजल इंजन में, संपीडन अनुपात पेट्रोल इंजन की तुलना में काफी अधिक होता है। डीजल इंजन में आमतौर पर 14:1 से 25:1 तक का संपीडन अनुपात होता है, जबकि पेट्रोल इंजन में आमतौर पर 8:1 और 12:1 के बीच संपीडन अनुपात होता है।

उच्च संपीडन अनुपात का महत्व:

डीजल इंजन में उच्च संपीडन अनुपात निम्नलिखित तरीकों से उनकी अधिक दक्षता में योगदान देता है:

• तापीय दक्षता में वृद्धि: एक इंजन की थर्मल दक्षता सीधे उसके संपीडन अनुपात से संबंधित होती है। ऑटो और डीजल चक्रों के ऊष्मागतिकी सिद्धांतों के अनुसार, उच्च संपीडन अनुपात उच्च तापीय दक्षता में परिणाम देते हैं। इसका अर्थ है कि ईंधन से ऊर्जा का एक बड़ा हिस्सा उपयोगी कार्य में परिवर्तित हो जाता है, जिससे बेहतर ईंधन अर्थव्यवस्था और कम ईंधन की खपत होती है।
• उच्च दहन तापमान: डीजल इंजन में उच्च संपीडन अनुपात उच्च दहन तापमान की ओर ले जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि सिलेंडर में हवा को छोटी मात्रा में संपीड़ित करने से उसका तापमान बढ़ जाता है। जब ईंधन को गर्म संपीड़ित हवा में अंत:क्षेपित किया जाता है, तो यह स्पार्क प्लग की आवश्यकता के बिना स्वतः प्रज्वलित हो जाता है, जैसा कि पेट्रोल इंजन में होता है। उच्च दहन तापमान ईंधन के अधिक पूर्ण दहन को सुनिश्चित करता है, जिससे बिना जले हुए ईंधन और उत्सर्जन में कमी आती है।
• बेहतर वायु-ईंधन मिश्रण: उच्च संपीडन अनुपात से हवा और ईंधन का बेहतर मिश्रण होता है। डीजल इंजन संपीडन स्ट्रोक के दौरान केवल हवा को संपीड़ित करता है। ईंधन को उच्च दाब पर सीधे दहन कक्ष में अंत:क्षेपित किया जाता है, जिससे ईंधन का सूक्ष्म परमाणुकरण होता है। उच्च तापमान और दाब यह सुनिश्चित करते हैं कि ईंधन जल्दी वाष्पीकृत हो जाए और हवा के साथ अच्छी तरह से मिल जाए, जिससे कुशल दहन हो।

व्याख्या:

चार-स्ट्रोक डीजल इंजन: प्रसार स्ट्रोक

एक चार-स्ट्रोक डीजल इंजन चार अलग-अलग स्ट्रोक के माध्यम से संचालित होता है: सेवन, संपीड़न, शक्ति (प्रसार), और निकास। प्रत्येक स्ट्रोक का एक विशिष्ट कार्य होता है और इंजन के संचालन की सुविधा के लिए उपयुक्त समय पर इनलेट और निकास वाल्वों के खुलने और बंद होने को शामिल करता है। प्रसार स्ट्रोक के दौरान, जिसे पावर स्ट्रोक के रूप में भी जाना जाता है, इंजन ईंधन के दहन से ऊर्जा को यांत्रिक कार्य में परिवर्तित करता है।

चार-स्ट्रोक डीजल इंजन में प्रसार स्ट्रोक के दौरान, निम्नलिखित घटनाएँ होती हैं:

• प्रसार स्ट्रोक की शुरुआत में, पिस्टन अपने शीर्ष मृत केंद्र (TDC) स्थिति में होता है, और इनलेट और निकास दोनों वाल्व बंद होते हैं। यह सुनिश्चित करता है कि दहन कक्ष सील हो गया है।
• ईंधन, जिसे संपीड़न स्ट्रोक के अंत में इंजेक्ट किया गया था, दहन कक्ष के अंदर उच्च तापमान और दबाव के कारण प्रज्वलित होता है। यह प्रज्वलन दबाव में तेजी से वृद्धि का कारण बनता है, जिससे पिस्टन नीचे की ओर जाता है।
• जैसे ही पिस्टन नीचे की ओर मृत केंद्र (BDC) की ओर बढ़ता है, यह विस्तारित गैसों से ऊर्जा को यांत्रिक कार्य में परिवर्तित करता है, जो क्रैंकशाफ्ट को प्रेषित किया जाता है।
• इस स्ट्रोक के दौरान, इनलेट और निकास दोनों वाल्व बंद रहते हैं ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि विस्तारित गैसें पिस्टन पर अधिकतम दबाव डालती हैं, जिससे पावर स्ट्रोक की दक्षता अधिकतम हो जाती है।
• जैसे ही पिस्टन BDC तक पहुँचता है, प्रसार स्ट्रोक समाप्त होता है, और निकास स्ट्रोक शुरू होता है, जहाँ जले हुए गैसों को बाहर निकालने के लिए निकास वाल्व खुलता है।

इसलिए, प्रसार स्ट्रोक के दौरान, इनलेट और निकास दोनों वाल्व बंद रहते हैं ताकि दहन गैसों को कुशलतापूर्वक विस्तार करने और पिस्टन को नीचे की ओर धकेलने की अनुमति मिल सके।

स्टर्लिंग चक्र:

स्टर्लिंग चक्र कार्नोट चक्र का संशोधित रूप है।

इसमें दो उत्क्रमणीय समतापी और दो उत्क्रमणीय सम-आयतनिक प्रक्रम शामिल हैं।

\({\eta _{Stirling}} = \frac{{{T_3} - {T_1}}}{{{T_3}}}\)

वाष्प संपीड़न चक्र:

वाष्प संपीड़न प्रशीतन चक्र:

एक वाष्प संपीड़क, प्रशीतित्र में निम्नलिखित प्रक्रिया शामिल होती है

1-2: समएंट्रॉपिक (आइसेंट्रोपिक) संपीड़न

2-3: संपीड़क में ऊष्मा अस्वीकृति

3-4: समएंट्रॉपिक (आइसेंट्रोपिक) प्रसरण 

4-1: वाष्पीकरण (ऊष्मा अवशोषण)

चक्र में विभिन्न उपकरणों पर प्रशीतक की स्थिति इस प्रकार है:

संपीडक के प्रवेश या वाष्पित्र के निकास पर, वाष्प संतृप्त शुष्क वाष्प है। 

संपीडक के बाहर निकलने पर या संघनित्र में प्रवेश करने पर प्रशीतक, अत्यधिक ऊष्म वाष्प के रूप में होता है। 

संघनित्र के बाहर निकलने या प्रसरण उपकरण में प्रवेश करने पर प्रशीतक, संतृप्त तरल के रूप में होता है।  

प्रसरण उपकरण के बाहर निकलने या वाष्पित्र में प्रवेश करने पर प्रशीतक, आर्द्र वाष्प के रूप में होता है। 

डीजल चक्र:

संपीड़न इंजन (डीज़ल चक्र) में शामिल प्रक्रम इस प्रकार हैं:

1-2: उत्क्रमणीय रुद्धोष्म (आइसेनट्रोपिक) संपीड़न

2-3: नियत दाब ऊष्मा वृद्धि 

3-4: उत्क्रमणीय रुद्धोष्म (आइसेनट्रोपिक) प्रसरण 

4-1: ऊष्मा अस्वीकृति की नियत आयतन

अवधारणा:

डीजल इंजनों में इग्निशन कॉइल:

• डीजल इंजन स्पार्क इग्निशन के बजाय संपीड़न इग्निशन का उपयोग करके काम करते हैं। इसका मतलब है कि ईंधन-वायु मिश्रण को प्रज्वलित करने के लिए उन्हें इग्निशन कॉइल की आवश्यकता नहीं होती है। इसके बजाय, हवा को उच्च दबाव और तापमान पर संपीड़ित किया जाता है, जिससे अन्तःक्षेपण पर डीजल ईंधन प्रज्वलित हो जाता है।

सूचीबद्ध घटकों में से:

• शीतलन प्रणाली: डीजल इंजनों को इष्टतम ऑपरेटिंग तापमान बनाए रखने और अतितापन को रोकने के लिए शीतलन प्रणाली की आवश्यकता होती है।
• इग्निशन कॉइल: डीजल इंजनों में इग्निशन कॉइल नहीं होता है क्योंकि वे संपीड़न इग्निशन का उपयोग करते हैं।
• कैमशाफ्ट: इनटेक और एग्जॉस्ट वाल्वों को संचालित करने के लिए कैमशाफ्ट डीजल और पेट्रोल दोनों इंजनों में एक आवश्यक घटक है।
• पिस्टन रिंग्स: पिस्टन रिंग्स का उपयोग दहन कक्ष को सील करने, तेल की खपत को नियंत्रित करने और पिस्टन से सिलेंडर की दीवार तक ऊष्मा को स्थानांतरित करने के लिए किया जाता है।

अवधारणा:

वाल्व टाइमिंग:

• एक प्रत्यागामी इंजन के ऑपरेटिंग चक्र का एक भाग होता है जिसमें, जब पिस्टन एग्जॉस्ट स्ट्रोक पर TDC से गुजर रहा होता है, तो इनटेक और एग्जॉस्ट दोनों वाल्व खुले होते हैं।
• वाल्व ओवरलैप क्रैंकशाफ्ट घूर्णन के डिग्री की संख्या है जिसके दौरान इनटेक और एग्जॉस्ट दोनों वाल्व खुले होते हैं।
• वाल्व ओवरलैप निकास गैसों (सिलेंडर से निकलने वाली) के कारण उत्पन्न कम दबाव को ईंधन-वायु मिश्रण (प्रेरण प्रणाली में) के नए चार्ज को इंजन में जाने में मदद करने के द्वारा इंजन की दक्षता को बढ़ाता है।
• एक IC इंजन में वाल्वों का खुलना और बंद होना पिस्टन और फ्लाईव्हील की गति के संबंध में वाल्व टाइमिंग कहलाता है।
• वाल्व टाइमिंग को क्रैंकशाफ्ट घूर्णन के डिग्री में फ्लाईव्हील के फलक पर खींचे गए आरेख द्वारा दर्शाया गया है।
• चार स्ट्रोक चक्र वाले डीजल इंजन में, संपीड़न बॉटम डेड सेंटर के 40° बाद शुरू होता है और टॉप डेड सेंटर से 10° पहले समाप्त होता है।

वाल्व टाइमिंग डायग्राम

• इनलेट वाल्व TDC से 9 डिग्री पहले खुलता है।
• इनलेट वाल्व BDC के 50 डिग्री बाद बंद होता है।
• एग्जॉस्ट वाल्व BDC से 47 डिग्री पहले खुलता है।
• एग्जॉस्ट वाल्व TDC के 12 डिग्री बाद बंद होता है।
• ओवरलैप अवधि 21 डिग्री

संकल्पना:

डीजल चक्र:

संपीड़न इंजन (डीजल चक्र) में प्रक्रियाएं हैं:

प्रक्रिया 1-2: उत्क्रमणीय स्थिरोष्म संपीडन

प्रक्रिया 2-3: स्थिर दबाव ऊष्मा संवर्धन

प्रक्रिया 3-4: उत्क्रमणीय स्थिरोष्म विस्तार

प्रक्रिया 4-1: स्थिर आयतन ताप अस्वीकरण

विच्छेद अनुपात:

विच्छेद अनुपात दहन के बाद आयतन से दहन से पहले आयतन का अनुपात है।

विच्छेद अनुपात \({r_c} = \frac{{{V_3}}}{{{V_2}}}\)

संपीड़न अनुपात: \({r} = \frac{{{V_1}}}{{{V_2}}} \)

डीजल चक्र की दक्षता निम्न द्वारा दी गई है

\(\eta = 1 - \frac{1}{{{r^{\gamma - 1}}}}\left[ {\frac{{r_c^\gamma - 1}}{{\gamma \left( {{r_c} - 1} \right)}}} \right]\)

माध्य प्रभावी दबाव (p_m) जो आंतरिक कार्य आउटपुट का एक संकेत है, संपीड़न अनुपात के निश्चित मूल्य पर दबाव अनुपात और विशिष्ट ऊष्माओं के अनुपात के साथ बढ़ता है।

डीजल चक्र के लिए माध्य प्रभावी दबाव की अभिव्यक्ति ,

\({p_m} = \frac{{{p_1}\left[ {\gamma {r^\gamma }\left( {{r_c} - 1} \right) - r\left( {r_c^\gamma - 1} \right)} \right]}}{{\left( {\gamma - 1} \right)\left( {r - 1} \right)}}\)

अभिव्यक्ति से,

यदि विच्छेद अनुपात बढ़ता है तो एक निश्चित संपीड़न अनुपात वाले डीजल चक्र का माध्य प्रभावी प्रभाव बढ़ेगा।

संकल्पना:

डीजल चक्र:

डीजल चक्र का P - V और T - S आरेख निम्न हैं:

संपीडन अनुपात (r) को निम्न द्वारा ज्ञात किया गया है:

 \(r = \frac{{{v_1}}}{{{v_2}}}\)

विच्छेद अनुपात (r_c) को निम्न द्वारा ज्ञात किया गया है:

\( {{r_c}} = \frac{{{v_3}}}{{{v_2}}}\)

गणना:

दिया गया है:

संपीडन अनुपात (r) = 16 = \(\frac{{{v_1}}}{{{v_2}}}\)

v₃ - v₂ = 0.06(v₁ - v₂)

\(\frac{{{v_3}}}{{{v_2}}} - 1 = \frac{6}{{100}}\left( {\frac{{{v_1}}}{{{v_2}}} - 1} \right)\)

\({r_c} - 1 = \frac{6}{{100}}\left( {r - 1} \right)\)

\({r_c} - 1 = \frac{6}{{100}}\left( {16 - 1} \right)\)

r_c = 1.9

विच्छेद अनुपात (r_c) = V₃/V₂

↑(वृद्धि) r_c ⇒ बिंदु 3 दायीं ओर जाती है ⇒ ↑ p - v वक्र के तहत क्षेत्रफल (कार्य आउटपुट) और ↑ ऊष्मा इनपुट (Qin)

कार्य आउटपुट (W) = Pmep × (V₁ – V₂)

↑ W ⇒ ↑ P_mep [∵ (V₁- V₂) में कोई परिवर्तन नहीं]

तापीय दक्षता (η) = W/Qin

\({\eta _{th}}\; = \;1 - \frac{1}{{r^{ \gamma -1}}}\left\{ {\frac{{r_c^\gamma - 1}}{{\gamma \left( {{r_c} - 1} \right)}}} \right\}\)

उपरोक्त समीकरण से यह देखा जाता है कि डीजल इंजन की तापीय दक्षता को संपीडन अनुपात r को बढ़ाकर, विच्छेद अनुपात rc को कम करके, या γ के बड़े मान के साथ एक गैस का उपयोग करके बढ़ाया जा सकता है।

व्याख्या:

विलेन की रेखा विधि:

• इस विधि को ईंधन दर बहिर्वेशन विधि के रूप में भी जाना जाता है।
• स्थिर गति पर Y - अक्ष पर कुल ईंधन खपत और X - अक्ष पर ब्रेक शक्ति को जोड़ने वाला एक आलेख खिंचा गया है और इसका बहिर्वेशन ब्रेक शक्ति के ऋणात्मक अक्ष पर किया गया है।
• ऋणात्मक अक्ष के अवरोधन को उस गति पर इंजन के घर्षण शक्ति के रूप में लिया गया है।

स्पष्टीकरण:

स्पष्टीकरण

वर्णन:

आदर्श डीजल इंजन में निम्नलिखित चार प्रक्रियाएँ शामिल होती है

1. समएंट्रॉपिक संपीडन (1-2)

2. स्थिर दबाव ऊष्मा संवर्धन (2-3)

3. समएंट्रॉपिक ऊष्मा अस्वीकृति (3-4)

4. स्थिर आयतन ऊष्मा अस्वीकृति (4-1)

विच्छेद अनुपात, r_c = \({V_3 \over V_2}\)

विस्तार अनुपात, r_e = \({V_4 \over V_3}\)

संपीडन अनुपात, r = r_c × r_e

दक्षता, \(\mathbf{\eta =1- { 1\over γ \:r^{(γ-1)}}\times{r_c^γ-1\over r_c-1}}\)

∴ दक्षता विच्छेद अनुपात (rc), संपीडन अनुपात (r) और समएंट्रॉपिक सूचकांक (γ) पर निर्भर करता है और तरल पदार्थ दबाव पर निर्भर नहीं करता है।

संकल्पना:

डीजल चक्र में ताप संवर्धन एक स्थिर दाब प्रक्रिया है।

संवर्धित ताप (Q) = C_p × (T­₃ – T₂) kJ/kg

C_p = स्थिर प्रक्रिया पर ताप क्षमता 

T₂ = ताप संवर्धन प्रक्रिया के अंत पर तापमान 

T₂ = ताप संवर्धन प्रक्रिया के प्रारंभ पर तापमान

गणना:

दिया गया है:

C_p = 1 kJ/kgk, T₃ = 1723 K, T₂ = 1473 K

Q = 1 × (1723 - 1473) = 250 kJ/kg