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

छिद्रों का वर्गीकरण

छिद्रों को विभिन्न मानदंडों के आधार पर वर्गीकृत किया जा सकता है, जिसमें छिद्र का आकार, किनारे का प्रकार और निर्वहन की प्रकृति शामिल है। दिए गए प्रश्न में, वर्गीकरण निर्वहन की प्रकृति पर आधारित है, जो इस बात पर केंद्रित है कि प्रवाह मुक्त है या जलमग्न।

दिए गए विकल्पों का विश्लेषण

1. "डूबा हुआ छिद्र." (सही उत्तर)

   • एक डूबा हुआ छिद्र, जिसे जलमग्न छिद्र के रूप में भी जाना जाता है, तब होता है जब डाउनस्ट्रीम जल स्तर छिद्र के शीर्ष से ऊँचा होता है, जिससे प्रवाह जलमग्न हो जाता है। यह वर्गीकरण निर्वहन की प्रकृति पर आधारित है।

   • इस मामले में, पूरा छिद्र पानी के नीचे है, और निर्वहन की विशेषताएँ डाउनस्ट्रीम जल स्तर से प्रभावित होती हैं।

2. "तीक्ष्ण-धारी छिद्र." (गलत उत्तर)

   • एक तीक्ष्ण-धारी छिद्र को किनारे के प्रकार के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है, न कि निर्वहन की प्रकृति के आधार पर। इसमें एक पतला किनारा होता है जो एक स्पष्ट, अच्छी तरह से परिभाषित जेट बनाता है।

3. "वृत्ताकार छिद्र." (गलत उत्तर)

   • एक वृत्ताकार छिद्र को इसके आकार के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है, न कि निर्वहन की प्रकृति के आधार पर। यह एक वृत्ताकार उद्घाटन वाले छिद्र को संदर्भित करता है।

4. "घंटीनुमा छिद्र." (गलत उत्तर)

   • एक घंटीनुमा छिद्र को इसके आकार के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है, विशेष रूप से इसके फ्लेयर्ड या घंटीनुमा उद्घाटन, जो जेट के संकुचन को कम करता है।

संप्रत्यय:

छिद्र से वास्तविक निर्वहन आम तौर पर ऊर्जा हानि के कारण सैद्धांतिक निर्वहन से कम होता है जैसे:

• छिद्र के भीतर घर्षण हानि।
• प्रवाह संकुचन (वीना कॉन्ट्रैक्टा प्रभाव) प्रभावी प्रवाह क्षेत्र को कम करता है।
• वास्तविक तरल पदार्थों में श्यान प्रभाव।

टोरिसेली के प्रमेय द्वारा सैद्धांतिक निर्वहन दिया गया है:

\( Q_{\text{theoretical}} = A \sqrt{2gh} \)

वास्तविक निर्वहन की गणना निर्वहन गुणांक \( C_d \) का उपयोग करके की जाती है:

\( Q_{\text{actual}} = C_d A \sqrt{2gh} \)

चूँकि वास्तविक प्रवाह में हानियाँ होती हैं, इसलिए निर्वहन गुणांक \( C_d \) हमेशा 1 से कम होता है।

व्याख्या:

सही विकल्प विश्लेषण:

सही विकल्प विकल्प 4 है: अवरुद्ध छिद्र।

एक छिद्र एक छोटा उद्घाटन या छेद होता है, जिसका उपयोग आमतौर पर गैसों और तरल पदार्थों सहित तरल पदार्थों के प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। छिद्रों का वर्गीकरण उन परिस्थितियों पर आधारित होता है जिनके तहत वे संचालित होते हैं, और वे गुजरने वाले द्रव के प्रवाह का प्रबंधन कैसे करते हैं। छिद्रों का सही वर्गीकरण इसमें शामिल है:

• मुक्त निर्वहन छिद्र: ये छिद्र वायुमंडल में या किसी ऐसे स्थान पर द्रव का निर्वहन करते हैं जहाँ दबाव अपेक्षाकृत कम होता है, बिना किसी महत्वपूर्ण प्रतिरोधी दबाव के। द्रव छिद्र से स्वतंत्र रूप से बाहर निकलता है।
• डूबे हुए छिद्र: ये छिद्र दोनों तरफ द्रव में पूरी तरह से डूबे हुए होते हैं। छिद्र के माध्यम से द्रव प्रवाह छिद्र के पार दबाव अंतर से प्रभावित होता है।
• जलमग्न छिद्र: डूबे हुए छिद्रों के समान, जलमग्न छिद्र वे होते हैं जहाँ निकास द्रव में डूबा होता है। प्रवाह विशेषताएँ छिद्र के दोनों ओर द्रव के स्तर और दबाव में अंतर द्वारा निर्धारित की जाती हैं।

दूसरी ओर, अवरुद्ध छिद्र, छिद्रों का एक मान्यता प्राप्त वर्गीकरण नहीं है। एक अवरुद्ध छिद्र का अर्थ होगा कि छिद्र के माध्यम से कोई प्रवाह नहीं है, जो पहली जगह में एक छिद्र होने के उद्देश्य को विफल करता है। छिद्रों को द्रव के नियंत्रित प्रवाह की अनुमति देने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और यदि कोई छिद्र अवरुद्ध है, तो यह अब अपने कार्यात्मक उद्देश्य की पूर्ति नहीं करता है।

इसलिए, विकल्प 4 सही उत्तर है क्योंकि यह छिद्रों के मान्यता प्राप्त वर्गीकरणों में फिट नहीं होता है।

Additional Information

विश्लेषण को और समझने के लिए, आइए अन्य विकल्पों का मूल्यांकन करें:

विकल्प 1: मुक्त निर्वहन छिद्र

मुक्त निर्वहन छिद्र छिद्रों का एक मान्य वर्गीकरण है। ये छिद्र वायुमंडल में या न्यूनतम प्रतिरोधी दबाव वाले वातावरण में द्रव का निर्वहन करते हैं। द्रव छिद्र से स्वतंत्र रूप से बाहर निकलता है, और प्रवाह विशेषताएँ द्रव के दबाव और वेग द्वारा निर्धारित की जाती हैं क्योंकि यह बाहर निकलता है।

विकल्प 2: डूबे हुए छिद्र

डूबे हुए छिद्र एक और मान्य वर्गीकरण हैं। ये छिद्र द्रव में पूरी तरह से डूबे हुए होते हैं, जिसका अर्थ है कि द्रव के प्रवेश और निकास बिंदु दोनों द्रव माध्यम के भीतर होते हैं। प्रवाह छिद्र के पार दबाव अंतर और द्रव विशेषताओं से प्रभावित होता है।

विकल्प 3: जलमग्न छिद्र

जलमग्न छिद्र भी एक मान्यता प्राप्त वर्गीकरण है। इस मामले में, छिद्र का निकास द्रव में डूबा हुआ है। प्रवाह छिद्र के दोनों ओर द्रव के स्तर और दबाव द्वारा निर्धारित किया जाता है। इन छिद्रों का उपयोग आमतौर पर उन अनुप्रयोगों में किया जाता है जहाँ जलमग्न परिस्थितियों में द्रव प्रवाह के सटीक नियंत्रण की आवश्यकता होती है।

निष्कर्ष:

द्रव गतिकी और इंजीनियरिंग में अनुप्रयोगों के लिए छिद्रों के सही वर्गीकरण को समझना महत्वपूर्ण है। छिद्रों को द्रव प्रवाह को नियंत्रित और विनियमित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और उनका वर्गीकरण उन परिचालन स्थितियों पर आधारित है जिनके तहत वे कार्य करते हैं। अवरुद्ध छिद्र एक मान्यता प्राप्त वर्गीकरण नहीं हैं क्योंकि वे द्रव प्रवाह की अनुमति नहीं देते हैं, जो एक छिद्र के उद्देश्य के विपरीत है। इसलिए, विकल्प 4 को सही ढंग से छिद्रों का वर्गीकरण नहीं होने के रूप में पहचाना गया है।

व्याख्या:

विसर्जन गुणांक वास्तविक विसर्जन और सैद्धांतिक विसर्जन का अनुपात होता है।

\(\rm C_d=\frac{Actual \;discharg}{Theoretical\:discharge}\)

विभिन्न उपकरणों के लिए विसर्जन गुणांक है:

⇒ वेंटुरीमापी – 0.95 से 0.98

⇒ विवरमापी – 0.62 से 0.65

⇒ नोज़ल – 0.93 से 0.98

अवधारणाएं:

निर्वहन का गुणांक (Cd) वास्तविक निर्वहन (Qa) और सैद्धांतिक निर्वहन (Qth) का अनुपात है।

वास्तविक निर्वहन वह निर्वहन है जो तब प्राप्त होता है जब छिद्र या पाइप प्रवाह के माध्यम से सभी शिथिल पर विचार किया जाता है। जबकि, सैद्धांतिक निर्वहन आदर्श परिस्थितियों में प्राप्त निर्वहन है यानी कोई नुकसान नहीं माना जाता है।

सैद्धांतिक निर्वहन इस प्रकार दिया गया है:

Qth = A × Vth

Vth प्रवाह का सैद्धांतिक वेग है

गणना:

दिया गया है: Vth = 2 m/s; A = 0.4 m2

तो, Qth = 0.4 × 2 = 0.8 m3/s  or 800 l/s

∴ Cd = 400/800

Cd = 0.5

अन्य महत्वपूर्ण गुणांक:

1. वेग का गुणांक वास्तविक वेग और सैद्धांतिक वेगका अनुपात है।

2. संकुचन का गुणांक प्रधार संकोच पर अनुप्रस्थ काट क्षेत्र का मूल अनुप्रस्थ काट क्षेत्र का अनुपात है।

स्पष्टीकरण:

वेग का गुणांक:

इसे प्रधार संकोच V पर जेट के वास्तविक वेग से सैद्धांतिक वेग Vth के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।

प्रयोगात्मक रूप से यह निम्नलिखित संबंध का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है

\({C_V} = \sqrt {\frac{{{x^2}}}{{4\;y\;h}}} \)

जहाँ x = क्षैतिज दूरी

y = ऊर्ध्वाधर दूरी

h = निरंतर शीर्ष जल

आम तौर पर Cv का मान उनके आकार, आकृति, शीर्ष आदि के आधार पर विभिन्न छिद्रों के लिए 0.95 से .99 तक भिन्न होता है।

तीव्र धार छिद्रों के लिए Cv का मान 0.98 है।

संकल्पना:

एक वृत्ताकार छिद्र के माध्यम से निर्वहन निम्न द्वारा दिया जाता है;

\(Q = {C_d}a\sqrt {2gh} \)

जहाँ, a = छिद्र का क्षेत्रफल

h = सतह के ऊपर दाबोच्चता

गणना:

दिया गया,

छिद्रों के माध्यम से निर्वहन समान हैं

h1 = 25 cm, h2 = 1 m = 100 cm

∵ हम जानते हैं कि, \(Q = {C_d}a\sqrt {2gh} \)

और, Q1 = Q2

⇒ \({C_d}{a_1}\sqrt {2g{h_1}} = {C_d}{a_2}\sqrt {2g{h_2}} \)

⇒ \(\frac{\pi }{4} \times d_1^2\sqrt {{h_1}} = \frac{\pi }{4} \times d_2^2\sqrt {{h_2}} \)

\(\frac{{d_1^2}}{{d_2^2}} = \sqrt {\frac{{{h_2}}}{{{h_1}}}} = \sqrt {\frac{{100}}{{25}}} = 2\)

\(\frac{{{d_1}}}{{{d_2}}} = \sqrt 2 \)

स्पष्टीकरण:

• जब तरल पदार्थ प्रवाह की दिशा में प्रवाहित होता है तो हानि के कारण दाब पात होता है। इसलिए प्रवाह के साथ जितनी अधिक हानि होगी उतना ही अधिक दाब घटेगा।
• निस्सरण गुणांक (Cd) प्रवाह दक्षता का मापन है। इसका अर्थ यह है कि Cd के अधिक मान के लिए हानि कम होगी।
• वेंट्यूरीमीटर, ऑरिफिस मीटर की तुलना में अधिक कुशल है। इसलिए ऑरिफिस मीटर की तुलना में वेंट्यूरीमीटर के लिए निस्सरण गुणांक अधिक होता है।

अब,

\(Pressure\ drop\ (Δ P) ∝ \frac{1}{Coefficient\ of\ discharge\ (C_d)}\)

∵ (C_d)_venturimeter  > (C_d)_{orifice meter} 

∴ (ΔP)_venturimeter < (ΔP)_{orific meter}

इसलिए यदि एक पाइप में ऑरिफिस मीटर को वेंट्यूरीमीटर से प्रतिस्थापित किया जाएगा तो दाब पात कम होगा।

Additional Information

वेंट्यूरीमीटर:

• एक वेंट्यूरीमीटर एक उपकरण है जिसका उपयोग पाइप के माध्यम से प्रवाहित होने वाले तरल के प्रवाह की दर को मापने के लिए किया जाता है।
• वेंट्यूरीमीटर में हमेशा एक छोटा अभिसरण भाग और बड़ा विचलन भाग होता है।
• वेंट्यूरीमीटर का आकार इसके पाइप व्यास के साथ-साथ थ्रोट के व्यास द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है।

• यह तीव्र अभिसारी मार्ग को सुनिश्चित करने के लिए किया जाता है और पृथक्करण के कारण ऊर्जा हानि से बचने के लिए प्रवाह की दिशा में एक क्रमिक अपसरण मार्ग दिया जाता है।
• अभिसरण भाग के माध्यम से प्रवाह के दौरान, निरंतरता के सिद्धांत के अनुसार प्रवाह की दिशा में वेग बढ़ता है, जबकि बर्नौली के प्रमेय के अनुसार दाब कम हो जाता है।
• वेग अपने अधिकतम मूल्य तक पहुंच जाता है और थ्रोट में दाब अपने न्यूनतम मान तक पहुंच जाता है।
• इसके बाद, वेग में कमी और दाब में वृद्धि अपसारी भाग के माध्यम से प्रवाह के दौरान होती है।
• अभिसरण कोण ≈ 20°, अपसरण कोण = 6 ° - 7 °। प्रवाह पृथक्करण से बचने के लिए यह 7 ° से अधिक नहीं होना चाहिए।

ऑरिफिस मीटर:

• एक ऑरिफिस  मीटर एक पाइप के माध्यम से प्रवाह के मापन के लिए एक सरल और सस्ती व्यवस्था प्रदान करता है।
• एक ऑरिफिस मीटर अनिवार्य रूप से एक पतली वृत्ताकार प्लेट है जिसमें एक तेज धार वाला संकेन्द्रित वृत्ताकार छिद्र होता है।

Cd को वास्तविक प्रवाह और आदर्श प्रवाह के  अनुपात के रुप में परिभाषित किया जाता है और यह हमेशा एक  से कम होता है। 

ऑरिफिस मीटर के लिए, निस्सरण गुणांक Cd नोजल के आकार, पाइप से नोजल व्यास और प्रवाह की रेनॉल्ड्स संख्या के अनुपात पर निर्भर करता है।

एक ऑरिफिसमापी एक पाइप के माध्यम से प्रवाह के माप के लिए एक सरल और सस्ती व्यवस्था प्रदान करता है। एक ऑरिफिसमापी अनिवार्य रूप से एक पतला वृत्ताकार प्लेट होता है जिसमें एक नुकीले किनारे वाला संकेंद्रित वृत्ताकार छिद्र होता है।

Cd को वास्तविक प्रवाह और आदर्श प्रवाह के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है और यह सदैव एक से कम होता है।

ऑरिफिसमापी के लिए निर्वहन गुणांक Cd नोज़ल के आकार, पाइप से नोज़ल के व्यास के अनुपात और प्रवाह की रेनॉल्ड्स संख्या पर निर्भर करता है।

व्याख्या:

आस्य मापी:

• निस्सरण माप के लिए एक आस्य मापी एक सस्ता उपकरण है।
• निस्सरण गुणांक (C_d) को वास्तविक निस्सरण और आदर्श निस्सरण के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।

 C_d =\(\frac{\text { Actual discharge }}{\text { Theoretical discharge }}\) 

• C_d का मान 0.61 से 0.65 के बीच होता है।

व्याख्या:

संकल्पना:

निर्वहन के गुणांक (C_d) को निम्न रूप में परिभाषित किया गया है:

\(C_d=\frac{Q_{actual}}{Q_{theoretical}}\)

सैद्धांतिक निर्वहन (Q_{सैद्धांतिक}) की गणना निम्न द्वारा की जा सकती है:

Q_{सैद्धांतिक​} = विवर का क्षेत्रफल  × प्रवाह का वेग

प्रवाह के वेग (V) की गणना निम्न द्वारा की जा सकती है:

\(V = \sqrt{2gh}\)

जहाँ h विवर पर तरल पदार्थ का शीर्ष है। 

गणना:

दिया गया है:

h = 5 m, क्षेत्रफल = 0.1 m², C_d = 0.4

प्रवाह का वेग निम्न है:

\(V = \sqrt{2gh}\)

\(V = \sqrt{2×10×5}=10~m/s\)

सैद्धांतिक निर्वहन (Q_{सैद्धांतिक}) निम्न है:

Q_{सैद्धांतिक} = विवर का क्षेत्रफल × प्रवाह का वेग

Q_{सैद्धांतिक} = 0.1 × 10 = 1 m³/s

हम जानते हैं कि,

\(C_d=\frac{Q_{actual}}{Q_{theoretical}}\)

वास्तविक निर्वहन निम्न है:

Q_{वास्तविक} = C_d × Q_{सैद्धांतिक}

Q_{वास्तविक} = 0.4 × 1 = 0.4 m³/s

अवधारणा:

छिद्र मीटर 

• एक छिद्र मीटर एक पतली प्लेट है जिसमें केंद्रीय रूप से स्थित छिद्र प्रवाह मार्ग में डाला जाता है।
• प्रवाह अचानक सिकुड़ जाता है जैसे द्रव छिद्र से होकर गुजरता है। प्रवाह छिद्र से नीचे की ओर थोड़ी दूरी पर संकुचन जारी रखता है।
• सबसे छोटे अनुप्रस्थ काट के क्षेत्र को प्रधार संकोच के रूप में जाना जाता है जो कि छिद्र के नीचे विकसित होता है। प्रधार संकोच पर द्रव प्रवाह की गतिज ऊर्जा अधिकतम होती है।
• छिद्र मीटर में न्यूनतम अनुप्रस्थ काट छिद्र व्यास नहीं होता है, लेकिन यह प्रधार संकोच पर अनुप्रस्थ काट है।

संकुचन का गुणांक (Cc )

संकुचन का गुणांक (Cc ) को प्रधार संकोच के अनुप्रस्थ काट के क्षेत्रफल और छिद्र के अनुप्रस्थ काट के क्षेत्रफल के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है।

\(Coefficient ~of~ contraction = C_c=\frac {A_c}{A_0}\)

जहां Ac = प्रधार संकुचन का क्षेत्रफल, A0 = छिद्र क्षेत्रफल

गणना:

दिया हुआ है कि:

छिद्र व्यास = 50 mm, प्रधार संकुचन पर व्यास = 40 mm

\(Coefficient ~of~ contraction = C_c=\frac {A_c}{A_0}\)

\(C_c=\frac {\frac {\pi }{4}d^2}{\frac {\pi }{4}D^2}=\frac {d^2}{D^2}\)

\(C_c=\frac {40^2}{50^2}= 0.64\)