एक इंजन की सापेक्ष दक्षता किसके अनुपात के रूप में परिभाषित की जाती है?

व्याख्या:

एक इंजन की सापेक्ष दक्षता को वास्तविक तापीय दक्षता और वायु-मानक दक्षता के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है। यह परिभाषा यह समझने में मदद करती है कि इंजन आदर्श चक्र की तुलना में कितना अच्छा प्रदर्शन करता है जिस पर यह आधारित है। आइए हम इस बारे में और गहराई से जानें कि इसका क्या अर्थ है और विकल्प 2 सही उत्तर क्यों है।

तापीय दक्षता: तापीय दक्षता एक ऊष्मा इंजन की दक्षता का एक माप है, और इसे कार्य उत्पादन और ऊष्मा इनपुट के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है। गणितीय रूप से, इसे इस प्रकार व्यक्त किया जाता है:

तापीय दक्षता = (कार्य उत्पादन) / (ऊष्मा इनपुट)

वास्तविक इंजनों के लिए, तापीय दक्षता घर्षण, ऊष्मा हानि और अन्य वास्तविक दुनिया की अक्षमताओं जैसे विभिन्न कारकों से प्रभावित होती है। यह वास्तविक तापीय दक्षता है जिसे हम व्यवहार में मापते हैं।

वायु-मानक दक्षता: वायु-मानक दक्षता आदर्श वायु-मानक चक्र पर आधारित एक सैद्धांतिक दक्षता है। यह चक्र आदर्श परिस्थितियों को मानता है, जैसे कि कोई घर्षण नहीं, पूर्ण दहन और कोई ऊष्मा हानि नहीं। यह तुलना के लिए एक बेंचमार्क या संदर्भ बिंदु प्रदान करता है।

वायु-मानक दक्षता की गणना विभिन्न प्रकार के चक्रों के लिए की जा सकती है, जैसे कि ओटो चक्र, डीजल चक्र या ब्रेयटन चक्र, इंजन के प्रकार के आधार पर। ये चक्र मानते हैं कि कार्यशील द्रव एक आदर्श गैस के रूप में व्यवहार करता है और प्रक्रियाएँ पूरी तरह से प्रतिवर्ती तरीके से होती हैं।

सापेक्ष दक्षता: एक इंजन की सापेक्ष दक्षता एक माप है कि इंजन का वास्तविक प्रदर्शन आदर्श वायु-मानक चक्र द्वारा अनुमानित आदर्श प्रदर्शन की तुलना में कैसे है। इसे इस प्रकार परिभाषित किया गया है:

सापेक्ष दक्षता = (वास्तविक तापीय दक्षता) / (वायु-मानक दक्षता)

यह अनुपात इंजीनियरों और डिजाइनरों को वास्तविक इंजन और आदर्श चक्र के बीच प्रदर्शन अंतर को समझने में मदद करता है, सुधार के लिए संभावित क्षेत्रों में अंतर्दृष्टि प्रदान करता है।

विकल्प 2 सही क्यों है:

विकल्प 2 सही ढंग से सापेक्ष दक्षता को वास्तविक तापीय दक्षता और वायु-मानक दक्षता के अनुपात के रूप में पहचानता है। यह परिभाषा वास्तविक दुनिया के इंजन के प्रदर्शन की तुलना सैद्धांतिक आदर्श प्रदर्शन से करने के सिद्धांतों के साथ संरेखित होती है। इस अनुपात को समझकर, कोई यह मूल्यांकन कर सकता है कि दिया गया संचालन स्थितियों के तहत एक इंजन सैद्धांतिक अधिकतम दक्षता के कितना करीब पहुँचता है।

अब, आइए संक्षेप में अन्य विकल्पों का विश्लेषण करें ताकि यह समझ सकें कि वे सही क्यों नहीं हैं:

विकल्प 1: यांत्रिक दक्षता से आयतनमिति दक्षता

यांत्रिक दक्षता इंजन की ब्रेक शक्ति (उपयोगी शक्ति) और संकेतित शक्ति (सिलेंडरों के अंदर विकसित शक्ति) के अनुपात को संदर्भित करती है। दूसरी ओर, आयतनमिति दक्षता मापती है कि इंजन कितनी प्रभावी ढंग से सेवन प्रक्रिया के दौरान अपने सिलेंडरों को हवा से भरता है। जबकि दोनों इंजन के प्रदर्शन के लिए महत्वपूर्ण मीट्रिक हैं, उनका अनुपात सापेक्ष दक्षता को परिभाषित नहीं करता है। इसलिए, यह विकल्प गलत है।

विकल्प 3: ब्रेक तापीय दक्षता से संकेतित तापीय दक्षता

ब्रेक तापीय दक्षता ब्रेक शक्ति और ऊष्मा इनपुट का अनुपात है, जबकि संकेतित तापीय दक्षता संकेतित शक्ति और ऊष्मा इनपुट का अनुपात है। यद्यपि दोनों तापीय दक्षता से संबंधित हैं, उनका अनुपात सापेक्ष दक्षता का प्रतिनिधित्व नहीं करता है। सापेक्ष दक्षता विशेष रूप से वास्तविक तापीय दक्षता की तुलना वायु-मानक दक्षता से करती है, जिससे यह विकल्प गलत हो जाता है।

विकल्प 4: वास्तविक तापीय दक्षता से कार्नोट दक्षता

कार्नोट दक्षता अधिकतम सैद्धांतिक दक्षता है जो दो तापमान सीमाओं के बीच संचालित होने वाला एक ऊष्मा इंजन प्राप्त कर सकता है, जो कार्नोट चक्र पर आधारित है। जबकि वास्तविक तापीय दक्षता की तुलना कार्नोट दक्षता से करने से प्रदर्शन में अंतर्दृष्टि मिल सकती है, सापेक्ष दक्षता विशेष रूप से वास्तविक तापीय दक्षता और वायु-मानक दक्षता के अनुपात के रूप में परिभाषित की जाती है, न कि कार्नोट दक्षता के रूप में। इसलिए, यह विकल्प गलत है।

संक्षेप में, सापेक्ष दक्षता की सही परिभाषा वास्तविक तापीय दक्षता और वायु-मानक दक्षता का अनुपात है, जिससे विकल्प 2 सही विकल्प बन जाता है। यह अनुपात यह मूल्यांकन करने में मदद करता है कि इंजन आदर्श चक्र की तुलना में कितना अच्छा प्रदर्शन करता है, इंजन के डिजाइन और प्रदर्शन को बेहतर बनाने के प्रयासों के लिए मूल्यवान अंतर्दृष्टि प्रदान करता है।

महत्वपूर्ण जानकारी:

सापेक्ष दक्षता की अवधारणा को और समझने और यह समझने के लिए कि अन्य विकल्प गलत क्यों हैं, आइए इंजन के प्रदर्शन से संबंधित कुछ मौलिक सिद्धांतों और परिभाषाओं का पता लगाएं:

यांत्रिक दक्षता: यह एक माप है कि इंजन सिलेंडरों के अंदर विकसित शक्ति (संकेतित शक्ति) को क्रैंकशाफ्ट (ब्रेक शक्ति) पर उपयोगी शक्ति में कितनी प्रभावी ढंग से परिवर्तित करता है। यह घर्षण और अन्य यांत्रिक अक्षमताओं के कारण होने वाले नुकसान के लिए जिम्मेदार है। यांत्रिक दक्षता का सूत्र है:

यांत्रिक दक्षता = (ब्रेक शक्ति) / (संकेतित शक्ति)

आयतनमिति दक्षता: यह इंजन की सेवन प्रक्रिया की प्रभावशीलता का एक माप है। इसे सिलेंडर में खींचे गए वायु-ईंधन मिश्रण के वास्तविक आयतन और सैद्धांतिक आयतन के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है, जिसे सिलेंडर के विस्थापन के आधार पर खींचा जा सकता है। सूत्र है:

आयतनमिति दक्षता = (वायु-ईंधन मिश्रण का वास्तविक आयतन) / (सैद्धांतिक आयतन)

ब्रेक तापीय दक्षता: यह दक्षता मापती है कि इंजन ईंधन से ऊष्मा इनपुट को क्रैंकशाफ्ट पर उपयोगी शक्ति में कितनी प्रभावी ढंग से परिवर्तित करता है। इसे इस प्रकार परिभाषित किया गया है:

ब्रेक तापीय दक्षता = (ब्रेक शक्ति) / (ऊष्मा इनपुट)

संकेतित तापीय दक्षता: यह दक्षता मापती है कि इंजन ईंधन से ऊष्मा इनपुट को सिलेंडरों के अंदर विकसित शक्ति में कितनी प्रभावी ढंग से परिवर्तित करता है। इसे इस प्रकार परिभाषित किया गया है:

संकेतित तापीय दक्षता = (संकेतित शक्ति) / (ऊष्मा इनपुट)

कार्नोट दक्षता: यह अधिकतम सैद्धांतिक दक्षता है जो दो तापमान सीमाओं के बीच संचालित होने वाला एक ऊष्मा इंजन कार्नोट चक्र के आधार पर प्राप्त कर सकता है। इसे इस प्रकार परिभाषित किया गया है:

कार्नोट दक्षता = 1 - (T_शीत / T_उष्ण)

जहाँ T_शीत ठंडे भंडार का तापमान है, और T_उष्ण गर्म भंडार का तापमान है।

इंजन के प्रदर्शन का विश्लेषण करने और सुधार के क्षेत्रों की पहचान करने के लिए इन परिभाषाओं और सिद्धांतों को समझना महत्वपूर्ण है। वास्तविक तापीय दक्षता की तुलना वायु-मानक दक्षता से करके, इंजीनियर इस बात में अंतर्दृष्टि प्राप्त कर सकते हैं कि एक इंजन अपने सैद्धांतिक अधिकतम प्रदर्शन के कितना करीब पहुँचता है, दक्षता बढ़ाने और नुकसान को कम करने के प्रयासों का मार्गदर्शन करता है।