Composite Structures में Heat Conduction कैसे होता है? | हिंदी में

Composite structures का उपयोग thermal insulation, heat exchangers, aerospace components और refrigeration systems में बहुत ज्यादा होता है। इन structures में अलग-अलग materials की परतें (layers) होती हैं जिनकी thermal conductivity अलग-अलग होती है। इसी कारण composite structures में heat conduction का analysis single material की तुलना में थोड़ा complex हो जाता है। इस ब्लॉग में हम composite slabs, cylindrical tubes और spherical shells में heat conduction को detail में समझेंगे।

1. Composite Slab में Heat Conduction

Composite slab में अलग-अलग layers की thickness और thermal conductivity अलग-अलग होती है। अगर slab की layers series में connected हों तो कुल thermal resistance जोड़कर heat conduction निकाला जाता है। Formula:

Q = (T₁ - T_n) / R_total

जहाँ,

• R_total = R₁ + R₂ + R₃ + ...
• R_i = L_i / (k_i A)

इसमें heat transfer rate constant रहता है, लेकिन temperature हर layer में अलग-अलग drop करता है। इसे Series Thermal Resistance Method कहते हैं।

2. Parallel Composite Slab

अगर composite slab में multiple materials parallel में connected हों, तो total heat flow हर layer के individual conduction के sum के बराबर होता है:

Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ + ...

जहाँ,

Q_i = k_i A_i (T₁ - T₂) / L

Parallel arrangement में temperature difference सभी layers के लिए समान होता है लेकिन heat transfer rate हर layer की thermal conductivity और area पर depend करता है।

3. Composite Cylindrical Tubes में Heat Conduction

Boilers, pipelines, condensers और insulation jackets जैसी cylindrical structures में heat conduction analysis किया जाता है। Cylindrical composite tubes के लिए formula है:

R_total = Σ [ln(r_i+1 / r_i) / (2πk_iL)]

और heat transfer rate:

Q = (T₁ - T_n) / R_total

यह formula तब use होता है जब pipe पर कई insulation layers होती हैं, और हर material की thermal conductivity अलग होती है।

4. Composite Spherical Shells में Heat Conduction

Spherical composite structures जैसे pressure vessels और thermal storage tanks में भी multiple layers की वजह से conduction का formula बदल जाता है। Thermal resistance का formula:

R_i = (1/r_i - 1/r_i+1) / (4πk_i)

और total resistance:

R_total = Σ R_i

Heat transfer rate:

Q = (T₁ - T_n) / R_total

Spherical conduction में geometry की वजह से area rapidly बदलता है, जिससे heat transfer rate nonlinear होता है।

5. Engineering Applications

Composite heat conduction का analysis thermal insulation, aerospace design, boilers, refrigeration systems, power plants, और cryogenic storage systems में बहुत महत्वपूर्ण है। सही formula का उपयोग करके engineers energy efficiency और system performance improve करते हैं।

निष्कर्ष

Composite structures में heat conduction का analysis अलग-अलग geometries के लिए अलग formulas पर आधारित होता है। Series और parallel layers की thermal resistances को सही तरीके से combine करके हम accurate heat transfer rate calculate कर सकते हैं।