Diffusers and Normal Shock in Gas Dynamics | Working, Types, Properties & Applications in Hindi

Diffuser तथा Normal Shock Gas Dynamics के अत्यंत महत्वपूर्ण विषय हैं। Diffuser का मुख्य कार्य किसी Gas की Velocity को कम करके Pressure बढ़ाना होता है, जबकि Normal Shock एक अत्यंत पतली Shock Wave होती है जिसमें Gas की Properties जैसे Pressure, Temperature, Density तथा Velocity में अचानक परिवर्तन होता है।

Jet Engines, Supersonic Aircraft, Rocket Propulsion, Gas Turbines तथा High-Speed Compressible Flow Systems में Diffusers और Normal Shock का अत्यधिक महत्व है। Mechanical Engineering, Aerospace Engineering तथा GATE परीक्षाओं में इन Topics से अक्सर प्रश्न पूछे जाते हैं।

Diffuser क्या है?

Diffuser एक ऐसा Flow Passage होता है जिसमें Fluid की Kinetic Energy को Pressure Energy में परिवर्तित किया जाता है। इसका मुख्य उद्देश्य Fluid की Velocity कम करना तथा Static Pressure बढ़ाना होता है।

Working Principle of Diffuser

जब Gas Diffuser में प्रवेश करती है, तो उसके Cross-sectional Area में परिवर्तन के कारण उसकी Velocity कम होती है। Velocity कम होने पर उसकी Kinetic Energy घटती है और यह Energy Pressure Energy में परिवर्तित हो जाती है।

• Velocity ↓
• Static Pressure ↑
• Kinetic Energy ↓
• Pressure Energy ↑

Types of Diffusers

1. Subsonic Diffuser

Subsonic Flow (Mach Number < 1) के लिए Diffuser का Area धीरे-धीरे बढ़ाया जाता है (Diverging Duct) ताकि Velocity कम हो और Pressure बढ़े।

2. Supersonic Diffuser

Supersonic Flow (Mach Number > 1) के लिए Diffuser में सामान्यतः Converging-Diverging Geometry तथा Normal Shock का उपयोग किया जाता है ताकि Supersonic Flow को Subsonic Flow में परिवर्तित किया जा सके।

Characteristics of Diffuser

• Velocity कम होती है।
• Pressure बढ़ता है।
• Kinetic Energy घटती है।
• Pressure Recovery होती है।
• Mass Flow Rate लगभग स्थिर रहती है।

Applications of Diffuser

• Jet Engine Air Intake
• Gas Turbines
• Rocket Engines
• HVAC Systems
• Compressors
• Wind Tunnels
• Industrial Air Ducts

Normal Shock क्या है?

Normal Shock एक अत्यंत पतली Shock Wave होती है जो Flow Direction के बिल्कुल लम्बवत (Perpendicular) बनती है। जब Supersonic Gas अचानक Subsonic Velocity में परिवर्तित होती है, तब Normal Shock उत्पन्न होती है।

Normal Shock के दौरान Flow की Properties में अत्यंत कम दूरी में अचानक परिवर्तन होता है।

Conditions for Normal Shock

• Flow प्रारंभ में Supersonic होना चाहिए (M > 1)।
• Shock Wave Flow Direction के Perpendicular होती है।
• Shock के बाद Flow Subsonic हो जाता है।
• Shock अत्यंत पतली होती है।

Effect of Normal Shock on Flow Properties

Important Equations for Normal Shock

Normal Shock के विश्लेषण में निम्न सिद्धांतों का उपयोग किया जाता है:

• Continuity Equation
• Momentum Equation
• Energy Equation
• Ideal Gas Equation

इन समीकरणों की सहायता से Pressure Ratio, Density Ratio, Temperature Ratio तथा Downstream Mach Number की गणना की जाती है।

Difference Between Diffuser and Nozzle

Applications of Normal Shock

• Supersonic Aircraft
• Jet Engine Air Intake
• Rocket Nozzles
• Wind Tunnel Testing
• Missile Technology
• Gas Dynamics Research

Advantages of Diffuser Analysis

• Pressure Recovery बढ़ती है।
• Jet Engine Performance बेहतर होती है।
• Flow Losses का विश्लेषण संभव होता है।
• Compressible Flow Systems का Design आसान होता है।
• Supersonic Flow Control में सहायता मिलती है।

Exam Point of View

• Definition of Diffuser.
• Working Principle of Diffuser.
• Types of Diffusers.
• Definition of Normal Shock.
• Effects of Normal Shock on Flow Properties.
• Difference Between Diffuser and Nozzle.
• Applications of Diffuser and Normal Shock.

Conclusion

Diffuser और Normal Shock Gas Dynamics के महत्वपूर्ण विषय हैं। Diffuser Fluid की Velocity कम करके Pressure बढ़ाता है, जबकि Normal Shock Supersonic Flow को अचानक Subsonic Flow में परिवर्तित करती है। Normal Shock के दौरान Pressure, Temperature एवं Density बढ़ते हैं जबकि Velocity तथा Mach Number घट जाते हैं। Jet Engines, Rocket Propulsion, Gas Turbines तथा Supersonic Aircraft Design में इन दोनों Concepts का अत्यधिक महत्व है।