Heat Conduction through Slab, Tube और Spherical Shells | हिंदी में

Heat Conduction एक बहुत ही महत्वपूर्ण heat transfer mechanism है, जहां गर्मी (heat) high temperature वाले region से low temperature वाले region की तरफ conduct होती है। Engineering applications में हमें अलग-अलग geometries जैसे slabs, tubes, और spherical shells में heat conduction का analysis करना होता है। इस ब्लॉग में हम slab, cylindrical tube और spherical shell में heat conduction को detail में समझेंगे।

1. Heat Conduction through a Plane Slab

Plane slab में heat conduction सबसे आसान case होता है। अगर slab की thickness L है और इसकी दोनों surfaces का temperature T₁ और T₂ है, तो steady state में Fourier’s law लागू होता है:

Q = k A (T₁ - T₂) / L

जहाँ,

• Q = Heat transfer rate (W)
• k = Thermal conductivity (W/mK)
• A = Cross-sectional area (m²)
• L = Thickness of slab (m)

2. Heat Conduction through a Cylindrical Tube

Cylindrical tubes जैसे boiler tubes, pipelines और condensers में heat conduction का analysis cylindrical coordinate system में किया जाता है। Cylindrical wall के inner radius r₁, outer radius r₂, length L और inner तथा outer surface temperature T₁ और T₂ होने पर heat conduction का formula है:

Q = 2πkL (T₁ - T₂) / ln(r₂/r₁)

यहाँ logarithmic term के कारण cylindrical conduction plane slab conduction से अलग होती है। Cylindrical geometries में area change होने के कारण heat conduction nonlinear होती है।

3. Heat Conduction through a Spherical Shell

Spherical shells जैसे boilers, pressure vessels और thermal storage systems में spherical heat conduction का उपयोग होता है। Spherical shell के inner radius r₁, outer radius r₂, और inner तथा outer temperatures T₁ और T₂ होने पर steady state heat transfer का formula होता है:

Q = 4πk (T₁ - T₂) / ((1/r₁) - (1/r₂))

Spherical heat conduction में area rapid तरीके से radius के साथ change करता है, इसलिए heat flow plane slab और cylindrical tube दोनों से अलग होती है।

4. Engineering Applications

Heat conduction का analysis engineering में बहुत महत्वपूर्ण है। यह thermal insulation design, boiler performance analysis, heat exchangers, refrigeration systems और pressure vessels में use होता है। सही geometrical formula apply करके energy efficiency बढ़ाई जा सकती है।

निष्कर्ष

Slab, cylindrical tube और spherical shell में heat conduction के formulas अलग-अलग होते हैं क्योंकि geometry के कारण area और temperature distribution बदलता है। सही formula का उपयोग करके हम किसी भी thermal system का accurate analysis कर सकते हैं।