QP-CSM-26-010926-Optional-MECHANICAL-ENGINEERING-PAPER II

Civil Services (Main) Examination, 2026 KVMS-B-MCH यांत्रिक इंजीनियरी (प्रश्न -पत्र-ए1) निर्धारित समय : तीन घण्टे अधिकतम अंक : 250 प्रश्न-पत्र संबंधी विशेष अनुदेश (उत्तर देने के पूर्व निम्नलिखित निर्देशों को कृपया सावधानीपूर्वक पढ़िए) इसमें आठ प्रश्न हैं, जो दो खण्डों में विभाजित हैं तथा हिन्दी और अंग्रेजी दोनों में छपे हुए हैं। परीक्षार्थी को कुल पाँच प्रश्नों के उत्तर देने हैं। प्रश्न संख्या 1 और 5 अनिवार्य हैं तथा बाकी प्रश्नों में से प्रत्येक खण्ड से कम-से-कम एक प्रश्न चुनकर तीन प्रश्नों के उत्तर दीजिए। प्रत्येक प्रश्न/भाग के लिए नियत अंक उसके सामने दिए गए हैं। प्रश्नों के उत्तर उसी प्राधिकृत माध्यम में लिखे जाने चाहिए, जिसका उल्लेख आपके प्रवेश-पत्र में किया गया है, और इस माध्यम का स्पष्ट उल्लेख प्रश्न-सह-उत्तर (Fo सी० vo) पुस्तिका के मुखपृष्ठ पर निर्दिष्ट स्थान पर किया जाना चाहिए। प्राधिकृत माध्यम के अतिरिक्त अन्य किसी माध्यम में लिखे गए उत्तर पर कोई अंक नहीं मिलेंगे। प्रश्नोत्तर लिखते समय यदि कोई पूर्वधारणा की जाए, उसको स्पष्टतया निर्दिष्ट किया जाना चाहिए। जहाँ आवश्यक हो, आरेख/चित्र उत्तर के लिए दिए गए स्थान में ही दर्शाइए। प्रतीकों और संकेतनों के प्रचलित अर्थ हैं, जब तक अन्यथा न कहा गया हो। प्रश्नों के प्रयासों की गणना क्रमानुसार की जाएगी। आंशिक रूप से दिए गए प्रश्नों के उत्तर को भी मान्यता दी जाएगी यदि उसे काटा न गया हो। प्रश्न-सह-उत्तर पुस्तिका में खाली छोड़े गए कोई ye अथवा पृष्ठ के भाग को पूर्णतः काट दीजिए। MECHANICAL ENGINEERING (PAPER-II) Time Allowed : Three Hours Maximum Marks : 250 QUESTION PAPER SPECIFIC INSTRUCTIONS (Please read each of the following instructions carefully before attempting questions) There are EIGHT questions divided in two Sections and printed both in HINDI and in ENGLISH. Candidate has to attempt FIVE questions in all. Question Nos. 1 and 5 are compulsory and out of the remaining, THREE are to be attempted choosing at least ONE question from each Section. The number of marks carried by a question/part is indicated against it. Answers must be written in the medium authorized in the Admission Certificate which must be stated clearly on the cover of this Question-cum-Answer (QCA) Booklet in the space provided. No marks will be given for answers written in a medium other than the authorized one. Wherever any assumptions are made for answering a question, they must be clearly indicated. Diagrams/Figures, wherever required, shall be drawn in the space provided for answering the question itself. Unless otherwise mentioned, symbols and notations carry their usual standard meanings. Attempts of questions shall be counted in sequential order. Unless struck off, attempt of a question shall be counted even if attempted partly. Any page or portion of the page left blank in the Question-cum-Answer Booklet must be clearly struck off. KVMS-B-MCH/7 i [ P.T.O. खण्ड--& / SECTION—A 1. (a) एक पिस्टन-सिलिन्डर में =300K wy =1m? पर 2kg आर्गन निहित है (अवस्था 1)! स्थिर आयतन पर 10 A, 220 alee के वैद्युत तापक द्वारा आर्गन को 10 Bare के लिए गर्म किया जाता है; इस प्रक्रिया के दौरान 20% ऊष्मा लुप्त हो जाती है (अवस्था 2)। अब गैस को aa Py से विस्तार कर अंतिम अवस्था में पहुँचने दिया जाता है, जहाँ तापमान T, = 40°C तथा अंतिम दाब P, =0-5P, होता है (अवस्था 3)। प्रक्रिया 2-3, PV" = स्थिरांक का अनुसरण करती है। प्रक्रिया 2-3 हेतु विस्तार सूचकांक nad कीजिए। ania के लिए R=0-2081kJ/kg-K और C, >0:312 kJ/kg-K लीजिए। A piston-cylinder contains 2 kg of argon at T, =300 K and V, =1 m? (state 1). Argon is heated by an electric heater of 10 A, 220 volts for 10 seconds at constant volume; during the process, 20% heat is lost (state 2). The gas is now allowed to expand from pressure P, to a final state with temperature 3 = 40°C and final pressure P; =0-5P, (state 3). The process 2-3 follows PV" =constant. Find the index of expansion n for the process 2-3. Take for ‘ argon R=0-2081kJ/kg-K and C, =0-312 kJ/kg-K. (b) एक गैस टर्बाइन संयंत्र 75. =300K तथा Tay =1200K के मध्य आदर्श dea चक्र पर संचालित होता है। प्रति kg वायु द्वारा किया गया अधिकतम कार्य तथा संबंधित चक्र दक्षता ज्ञात कीजिए। arg के लिए (0, को 1-005 kJ/kg-K मान लीजिए। A gas turbine plant operates on ideal Brayton cycle between Trin = 300 K and Tmax =1200K. Find the maximum work done per kg of air and the corresponding cycle efficiency. Assume Cy of air as 1-005 kJ/kg-K. () 425 K तापमान पर एक वायु प्रधार (y =1-4, R=287 J/kg-K) ध्वनिक वेग पर होती है। ज्ञात कीजिए () स्थिर अवस्था में ध्वनिक वेग, (i) प्रधार का अधिकतम वेग तथा Gi) क्रोको संख्या। ' An air jet (y =1-4, R न 287 J/kg-K) at 425 K has sonic velocity. Determine the (i) velocity of sound at the stagnation condition, (ii) maximum velocity of the jet and (iii) Crocco number. (@) नीचे दिए गए चित्र में दर्शाई गई मिश्रित भित्ति (दीवार) के आर-पार ऊष्मा स्थानांतरण ज्ञात कीजिए। A, B, C, D और EB की ऊष्मा चालकताएँ क्रमशः 50, 10, 8, 20 और 25 W/m-K लीजिए तथा एक-आयामी ऊष्मा स्थानांतरण मान लीजिए : 7200 °C T,=800 °C | | Se =1 m2 A > E Q Cc 15 © 107107 5 6 mi cm cm ic KVMS-B-MCH/7 a 10 10 10 Determine the heat transfer through the composite wall shown in the figure below. Take the thermal conductivities of A, B, C, D and E as 50, 10, 8, 20 and 25 W/m-K, respectively and assume one-dimensional heat transfer : T)=200 °C 7800 °C fe A वी E Q € 15 F107* 107 5 ६6) m! cm | cm Ic 10 (e) Weg 0-25 m, 3 W/m-°C ऊष्मा चालकता तथा 10 m? पृष्ठीय क्षेत्रफल वाली एक बड़ी समतल भित्ति (दीवार) पर विचार कीजिए। भित्ति के बाएँ भाग पर 750 W/m? का कुल ऊष्मा अभिवाह लागू होता है। भित्ति की बायीं ओर का प्ृष्ठीय तापमान 90 ९९ है। स्थिर ऊष्मा चालकता तथा भित्ति में Sen उत्पादन न होने की धारणा के साथ, भित्ति के आर-पार स्थायी एक-आयामी ऊष्मा चालन के लिए अवकल समीकरण तथा परिसीमा प्रतिबंधों को व्यक्त कीजिए। साथ ही, अवकल समीकरण को हल करके भित्ति में तापमान के परिवर्तन के लिए एक संबंध प्राप्त कीजिए और fafa के दाहिने भाग का तापमान ज्ञात कीजिए। Consider a large plane wall of thickness 0-25 m, having thermal conductivity 3 W/m-°C and surface area 10 m2”. The left side of the wall is subjected to a net heat flux of 750 W/m2. The surface temperature of the left side of the wall is 90 °C. Assuming constant thermal conductivity and no heat generation in the wall, express the differential equation and boundary conditions for steady one-dimensional heat conduction through the wall. Also, obtain a relation for the variation of temperature in the wall by solving the differential equation and find the temperature of the right side of the wall. 10 2. ) () SU अंतरण प्रक्रिया के दौरान, जल जैसे असंपीड्य पदार्थों के wet परिवर्तन को AS = MCayg in( 2) सूत्र से निर्धारित किया जा सकता है। दर्शाइए कि बड़ी झीलों जैसे ऊष्मीय ऊर्जा 1 भंडारों के लिए, यह संबंध घटकर AS -2 में परिवर्तित हो जाता है। During a heat transfer process, the entropy change of incompressible substances, such as water, can be determined from AS = mCayg in( 2} 1 Show that for thermal energy reservoirs, such as large lakes, this relation reduces to AS = 2 10 (i) Te प्रशीतलन प्रणाली द्वारा 400 g औसत द्रव्यमान वाली ब्रेड की लोफ को, 400 लोफ प्रति घण्टे की दर से, -25°C वाली प्रशीतित हवा का उपयोग करके, 25 °C से -10 °C तक ठंडा करना है। ब्रेड की औसत विशिष्ट और गुप्त ऊष्माएँ क्रमशः 2-90 kJ/kg-°C तथा 109-15 kJ/kg लेते हुए निर्धारित कीजिए (1) kJ/hr में ब्रेड से ऊष्मा निष्कासन की दर और (2) mo/hr में हवा की KVMS-B-MCH/7 3 [ P.T.O. आवश्यक आयतन प्रवाह दर, यदि हवा के तापमान में 5 °C से अधिक वृद्धि न हो। हवा के लिए गैस स्थिरांक 0-287 kPa-m°/kg-K है। औसत तापमान पर हवा की विशिष्ट ST 1-0 kI/kg-°C है। वायुमण्डलीय वायु दाब को 101-3 kPa लीजिए। A refrigeration system is to cool bread loaves with an average mass of 400 g from 25 °C to -10 °C at a rate of 400 loaves per hour by refrigerated air at -25 °C. Taking the average specific and latent heats of bread to be 2:90 kJ/kg-°C and 109-15 kJ/kg, respectively, determine (1) the rate of heat removal from the bread in kJ/hr and (2) the required volume flow rate of air in m? /hr, if the temperature rise of air is not to exceed 5 °C. The gas constant of air is 0-287 kPa-m°/kg-K. The specific heat of air at average temperature is 1:0 kJ/kg-°C. Take atmospheric air pressure as 101-3 kPa. 10 (b) (0. दर्शाइए कि किसी वाहिनी में eae प्रवाह के दौरान सामान्य vad के आर-पार welt परिवर्तन AS = -Rin| 72) द्वारा दिया जाता 21 Pox Show that the entropy change across the normal shock in an adiabatic flow in a duct is given by AS= -Rin( टू) 10 Pox (i) फैनो तथा रेले प्रवाहों के बीच अंतर स्पष्ट कीजिए। Differentiate between Fanno and Rayleigh flows. 10 () एक घर की 12m लंबी तथा 5 m ऊँची भित्ति के साथ-साथ 50 km/hr की गति से हवा बह रही है। वायुमंडलीय हवा का तापमान 4 °c है तथा भित्ति का प्रष्ठीय तापमान 10°C है। संवहन द्वारा भित्ति से Son हानि की दर निर्धारित कीजिए। 1 वायुमंडल दाब तथा औसत फिल्म तापमान पर हवा के गुणधर्मों को इस प्रकार लिया जा सकता है : # न 0:0248 W/m-°C v=1-412x10° m?/s Pr=0-72 संयुक्त प्रवाह के लिए नुसेल्ट संख्या सहसंबंध का उपयोग कीजिए : Nu = 0-037 Re°'8 - 871) पा ९33 Wind is blowing at 50 km/hr along a 12 m long and 5m high wall of a house. The atmospheric air is at 4°C and the wall surface temperature is 10 °C. Determine the rate of heat loss from the wall by convection. The properties of air at 1 atmosphere and at mean film temperature may be taken as : k =0-0248 W/m-°C v =1-412x107° m?/s Pr=0-72 Use the Nusselt number correlation for combined flow : Nu = (0-037Re°8 - 871) pr® 33 10 KVMS-B-MCH/7 4 3. (a) (b) (c) एक विद्युत संयंत्र में 40 °C तापमान वाली भाप को 12 °C तापमान पर उपलब्ध शीतलन जल का उपयोग करके संघनित किया जाता है। भाप की प्रवाह दर 0-15 kg/s है। शीतलन जल को 6 m लंबी और 1-25 cm आंतरिक व्यास वाली पतली ताँबे की नलियों के एक समूह के माध्यम से 3-5 m/s के औसत वेग से प्रसारित किया जाता है, और यह 20°C के तापमान पर बाहर निकलता है। 40°C पर नलियाँ लगभग समतापी होती हैं। जल और नलियों के बीच औसत ऊष्मा स्थानांतरण गुणांक की गणना कीजिए और संघनित्र में निर्दिष्ट ऊष्मा स्थानांतरण दर प्राप्त करने के लिए आवश्यक नलियों की संख्या ज्ञात कीजिए। औसत तापमान पर जल के गुणधर्मों को इस प्रकार लिया जा सकता है : 0 =998-8 kg/m? Cp =4184-5 J/kg-°C Nyg (जल) = 2406 kJ/kg Steam at 40 °C is condensed in a power plant using cooling water available at 12°C. The flow rate of steam is 0:15 kg/s. The cooling water is circulated through a bank of 6 m long and 1:25 cm internal diameter thin copper tubes at a mean velocity of 3-5 m/s, and leaves at a temperature of 20 °C. The tubes are nearly isothermal at 40 °C. Calculate the average heat transfer coefficient between the water and the tubes, and find the number of tubes needed to achieve the indicated heat transfer rate in the condenser. The properties of water at an average temperature may be taken as : 0 =998-8 kg/m? Cp =4184-5 J/kg-°C hyg (water) = 2406 kJ/kg एक अक्षीय प्रवाह सम्पीडक के रोटर का औसत व्यास 0-5 m है, और यह 15000 r.p.m. पर घूमता है। प्रवाह वेग 220 m/s है और यह स्थिर है। sean पर भँवर का वेग 80 m/s है। अन्तर्गम पर दाब और तापमान क्रमशः 1 बार (bar) और 300 K हैं। पद-दक्षता 0-88 है। पद में दाब अनुपात 1-5 है। वेग त्रिभुज बनाइए और निर्धारित कीजिए /) अन्तर्गम तथा निर्गम पर फलक कोण, (0) निविष्ट शक्ति तथा (ai) प्रतिक्रिया की मात्रा। हवा की विशिष्ट ऊष्माओं का अनुपात = 1-4 तथा C, न 1-005 kJ/kg-K लीजिए। The mean diameter of the rotor of an axial flow compressor is 0:5 m, and it rotates at 15000 r.p.m. The flow velocity is 220 m/s and is constant. The velocity of whirl at the inlet is 80 m/s. The inlet pressure and temperature are 1 bar and 300 K, respectively. The stage efficiency is 0-88. The pressure ratio through the stage is 1:5. Draw the velocity triangles and determine the (i) blade angles at inlet and outlet, (ii) power input and (iii) degree of reaction. Take ratio of specific heats for air = 1-4 and C, = 1-005 kJ/kg-K. we पदार्थ प्रक्रमण संयंत्र की भट्टी से 2-5mx2-5_m आकार की पतली वर्गाकार पट्टिकाएँ 280 °C तापमान पर निर्गमन कर रही हैं। इन पट्टिकाओं को उनकी सतह के क्षैतिज रूप से समानांतर 20 °C तापमान वाली परिवेशी हवा प्रवाहित करके ठंडा किया जाता है। उस हवा का वेग निर्धारित कीजिए जिसके ऊपर ऊष्मा स्थानांतरण पर स्वाभाविक संवहन का प्रभाव 12% से कम हो जाता है और इस प्रकार नगण्य हो जाता है। हवा की शुद्धगतिक श्यानता को 1 वायुमंडल दाब पर ४ न 2: 85910 5 m2/s माना जा सकता है। 20 20 KVMS-B-MCH/7 5 [ P.T.O. 4. (a) (b) Thin square plates of size 2-5 m x2-5 m are coming out of an oven at 280 °C in a material processing facility. The plates are cooled by blowing ambient air at 20 °C horizontally parallel to their surfaces. Determine the air velocity above which the natural convection effects on heat transfer are less than 12% and thus are negligible. The kinematic viscosity of air at 1 atmosphere may be taken as v =2-859x10 > m?/s. () ऊष्मा विनिमयित्र का एन० Ao यू० कया दर्शाता है? क्या बहुत बड़े Wo टी० Yo मान वाला ऊष्मा | विनिमयित्र आवश्यक रूप से अच्छा होता है? What does the NTU of a heat exchanger represent? Is a heat exchanger with a very large NTU necessarily a good one? (i) एक तेल-से-तेल द्वि-नली Sen विनिमयित्र पर विचार कीजिए, जहाँ प्रवाह व्यवस्था ज्ञात नहीं है। तापमान मापन से पता चलता है कि ठंडा तेल 18°C पर प्रवेश करता है और 50°C पर बाहर निकलता है, जबकि गर्म तेल 75 °C पर प्रवेश करता है और 40 °C पर बाहर निकलता है। दोनों तेलों की द्रव्यमान प्रवाह दर समान मानते हुए इस ऊष्मा विनिमयित्र की प्रभावशीलता और प्रवाह विन्यास निर्धारित कीजिए। Consider an _ oil-to-oil double-pipe heat exchanger, whose flow arrangement is not known. The temperature measurements indicate that the cold oil enters at 18 °C and leaves at 50 °C, while the hot oil enters at 75 °C and leaves at 40 °C. Assuming the mass flow rates of both the oils to be identical, determine the effectiveness and flow configuration of this heat exchanger. एक क्षैतिज ऊष्मारोधी सिलिन्डर में एक घर्षणहीन और रुद्धोष्म पिस्टन लगा है, जिसे 500 KN के बाह्य बल द्वारा स्टॉपों के सहारे रोककर रखा गया है, जैसा कि नीचे चित्र में दर्शाया गया है। पिस्टन का अनुप्रस्थ-काट क्षेत्रफल 0-5 m? है, और इसका प्रारंभिक आयतन 0-25 m? है। सिलिन्डर में हीलियम गैस 200 kPa, 100°C Rl अब एक लाइन में वाल्‍्व खोला जाता है, जिससे 1-2 MPa, 200 °C पर हीलियम प्रवाहित हो रही है। हीलियम तब तक अंदर आती है, जब तक कि सिलिन्डर का दाब पिस्टन पर लग रहे बाह्य बल के ठीक बराबर नहीं हो जाता, और इसी बिंदु पर वाल्व को बंद कर दिया जाता है। परिवेश को Ty = 300 ४; हीलियम के लिए Cp =5-193 kJ/kg-K, R=2-0771 kJ/kg-K तथा C, =3-116 kJ/kg-K मान लीजिए : L हीलियम I— Frag निर्धारित कीजिए : () सिलिन्डर में अंतिम द्रव्यमान (kg में) (i) सिलिन्डर में अंतिम तापमान (K में) (iii) कुल एन्ट्रॉपी उत्पादन (kJ/K में) (iv) अप्रतिक्रम्यता (kJ में) KVMS-B-MCH/7 6 10 10 10 (c) A horizontal insulated cylinder has a frictionless and adiabatic piston held against stops by an external force of 500 kN, as shown in the figure below. The cross-sectional area of the piston is 0-5 m2, and the initial volume is 0-25 m°. Helium gas in the cylinder is at 200 kPa, 100 °C. A valve is now opened to a line through which helium is flowing at 1-2 MPa, 200 °C, and the helium flows in, until the cylinder pressure just balances the external force on the piston, at which point the valve is closed. Assume ambient at 76 =300K; for helium, Cp =5-193 kJ/kg-K, R=2-0771kJ/kg-K and C, =3-116 kJ/kg-K : L] Helium aa q Determine : (i) The final mass in the cylinder (in kg) (ii) The final temperature in the cylinder (in K) (ii) The total entropy generation (in kJ/K) (iv) The irreversibility (in kJ) नीचे चित्र में दर्शाए गए अनुसार दो काले yet A, तथा A, पर विचार कीजिए। “विकिरण आकृति गुणक' पद को परिभाषित कीजिए। साथ ही, जब इन पृष्ठों को क्रमशः 7, और 7, भिन्न-भिन्न तापमानों पर रखा जाता है, तो इनके मध्य में होने वाले ऊर्जा विनिमय के लिए एक सामान्य व्यंजक भी ज्ञात कीजिए। यदि दोनों पृष्ठ समान तापमान पर हैं, तो उनके मध्य पारस्परिकता संबंध ज्ञात कीजिए : Consider two black surfaces A; and A, as shown in the figure below. Define the term ‘radiation shape factors’. Also, find a general expression for the energy exchange between these surfaces when they are maintained at different temperatures 2 and 7), respectively. If both the surfaces are at the same temperature, find out the reciprocity relationship between them : 20 10 KVMS-B-MCH/7 7 [ P.T.O. (a) (b) (c) (@) (e) खण्ड--छ / SECTION—B Wo Ago इंजन का वायु-ईंधन अनुपात विभिन्न परिचालन स्थितियों के अंतर्गत बदलता रहता है। निम्नलिखित परिस्थितियों में, कारणों सहित, किसी इंजन के लिए वायु-ईंधन अनुपात की आवश्यकता लिखिए : (i) निष्कर्मण या बिना-भार अवस्था (i) प्रसम या आंशिक-भार अवस्था (ii) अधिकतम शक्ति या पूर्ण-भार अवस्था The air-fuel ratio of an SI engine varies under different operating conditions. Write the air-fuel ratio requirement for an engine under the following conditions with reasons : (i) Idling or no-load condition (i) Cruising or part-load condition (iti) Maximum power or full-load condition age सी० इंजन में प्रयुक्त स्नेहक के क्या कार्य हैं? आइ० सी० इंजन स्नेहक के आवश्यक I का उल्लेख कीजिए। What are the functions of lubricant used in IC engines? Mention the essential properties of IC engine lubricant. किसी अभिसारी de (कन्वर्जेट नोजल) में भाप के प्रवाह के व्यवहार का वर्णन कीजिए, जब उसे निम्न पर संचालित किया जाता है : () अभिकल्प aa अनुपात (ji) अभिकल्प मान से अधिक दाब अनुपात (0 अभिकल्प मान से कम दाब अनुपात Describe the behaviour of steam flow in a convergent nozzle when it is operated at— (i) design pressure ratio; (ii) pressure ratio higher than the design value; (ii) pressure ratio lower than the design value. सरल संतृप्त वाष्प संपीडन प्रशीतन चक्र की तुलना में, वास्तविक वाष्प संपीडन प्रशीतन चक्र में संपीडन प्रक्रिया के दौरान होने वाले विचलनों की सूची बनाइए। साथ ही, इन विचलनों के कारण भी स्पष्ट कीजिए। List the deviations that occur in a compression process in actual vapour compression refrigeration cycle in comparison to simple saturated vapour compression refrigeration cycle. Also, specify the reasons for these deviations. कक्ष To Flo to और कुंडली vo To पी० में क्या अंतर है? किस परिस्थिति में दोनों का मान समान होगा? What is the difference between room ADP and coil ADP? Under which condition, both will have the same value? KVMS-B-MCH/7 8 10 10 10 10 10 6. (a) एक आँटो चक्र में, संपीडन के आरंभ में दाब और तापमान क्रमशः 1 बार (bar) और 47 °C होते हैं। यदि संपीडन के अंत में दाब 15 बार (bar) हो, तो इस चक्र की सैद्धांतिक ऊष्मीय दक्षता की गणना कीजिए। चक्र के दौरान अधिकतम तापमान 2100 K है। गणना कीजिए-- () प्रति किलोग्राम हवा को आपूर्ति की गई Gen, (i) प्रति किलोग्राम हवा द्वारा किया गया कार्य; (ii) WAR के अंत में दाब। C, =0-717 kJ/kg-K Way =1-4 लीजिए। In an Otto cycle, the pressure and temperature at the beginning of compression are 1 bar and 47 °C, respectively. Calculate the theoretical thermal efficiency of this cycle, if the pressure at the end of the compression is 15 bar. The peak temperature during the cycle is 2100 K. Calculate— (i) the heat supplied per kg of air; (i) the work done per kg of air; (iii) the pressure at the end of expansion. Take C, =0-717 kJ/kg-K and y=1-4. 20 (b) 200 m/s की फलक गति तथा 4kg/s की द्रव्यमान प्रवाह दर वाला एकल-पंक्ति आवेग भाप टर्बाइन 300 kW शक्ति उत्पन्न करता है। GS से भाप 500 m/s की गति से निकलती है और फलक वेग गुणांक 0-92 है। यदि भाप टर्बाइन से ऐसे कोण पर निकलती है कि निकास निरपेक्ष वेग न्यूनतम रहे, तो सभी कोणों तथा ane दक्षता का निर्धारण कीजिए। संयुक्त वेग त्रिभुज बनाइए। A single-row impulse steam turbine with a blade speed of 200 m/s and mass flow rate of 4kg/s develops 300 kW of power. Steam leaves the nozzle at 500 m/s and the blade velocity coefficient is 0-92. If the steam leaves the turbine at such an angle that the exit absolute velocity is kept minimum, determine all the angles and diagram efficiency. Draw compound velocity triangles. 20 () “समान तापमान की स्थितियों में, साधारण वाष्प अवशोषण प्रशीतन प्रणाली का सी० ओ० पी० एक साधारण वाष्प संपीडन प्रशीतन प्रणाली के सी० sito पी० से कम होता है।'' क्या यह कथन ऊष्मागतिकीय दृष्टि से सही है? अपने उत्तर का औचित्य सिद्ध कीजिए। “The COP of a simple vapour absorption refrigeration system is lower than the COP of a simple vapour compression refrigeration system under identical temperature conditions.” Is this statement correct thermodynamically? Justify your answer. 10 KVMS-B-MCH/7 9 [ P.T.O. 7. (a) (b) एक सहजनन संयंत्र में, शुद्ध विद्युत उत्पादन 6 MW है तथा तापन भार 1-5 MW 21 40 बार (bar) तथा 500°C पर भाप उत्पन्न होती है और इसे एक टर्बाइन के माध्यम से आईसेंट्रॉपिक रूप से विस्तारित करके 0-1 बार (bar) पर संघनित्र में भेजा जाता है। तापन भार की आपूर्ति टर्बाइन से 2 बार (bar) पर भाप निकालकर की जाती है, जिसे एक प्रक्रम तापक में 2 बार (bar) पर संतृप्त द्रव में संघनित किया जाता है और फिर बॉयलर में वापस पंप किया जाता है। योजनाबद्ध और T-s आरेख बनाइए। निर्धारित कीजिए /) बॉयलर की भाप उत्पादन क्षमता (ke/s में) तथा (i) तापन भार के माध्यम से भाप की द्रव्यमान प्रवाह दर (ke/s में) । 40 बार (bar), 500°C पर भाप के गुणधर्म Fh > 3445-21 kJ/kg, 5 न 7:09 kJ/kg-K. अन्य गुर्णों के लिए अंत में dew भाप सारणियों का उपयोग कीजिए। In a cogeneration plant, the net power output is 6 MW and the heating load is 15 MW. Steam is generated at 40 bar and 500°C, and is expanded isentropically through a turbine to a condenser at 0-1 bar. The heating load is supplied by extracting steam from the turbine at 2 bar, which is condensed in a process heater to saturated liquid at 2 bar and then pumped back to the boiler. Draw the schematic and T-s diagram. Determine (i) the steam generation capacity (in kg/s) of the boiler and (ii) mass flow rate (in kg/s) of the steam through the heating load. The steam properties at 40bar, 500°C are h=3445-21kJ/kg, s= 7:09 kJ/kg-K. Use steam tables given at the end to get other properties. एक R717 साधारण संतृप्ति चक्र प्रशीतित्र 40 °C संघनित्र तथा -16 °C वाष्पक तापमान पर संचालित होता है। सी० ओ० dio तथा शक्ति प्रति TR निर्धारित कीजिए। यदि प्रणाली 415°C तापमान वाली चूषण वाष्प के साथ एक द्रव-वाष्प पुनर्योजी (रिजेनरेटिव) sen विनिमयित्र स्थापित किया जाता है, तो सी० ओ० tho तथा शक्ति प्रति TR कया प्रभाव पड़ेगा? मान लीजिए कि संघनित्र तापमान पर ary की विशिष्ट ऊष्मा 3-1 kJ/ke-K है, जब कोई Sen विनिमयथित्र का उपयोग नहीं किया जाता है तथा 2-9 kJ/kg-K है, जब ऊष्मा विनिमयित्र का उपयोग किया जाता है। R717 के गुणधर्म नीचे तालिका में दिए गए हैं : एन्थैल्पी एन्ट्रॉपी तापमान (kJ/kg) (kJ/kg-K) (°C) aa वाष्प a वाष्प (hy) (hg) (sf) (Sg) -16 126-73 1442-60 0-72511 5:8420 40 390-59 1490-42 164377 51558 Ph आरेख भी बनाइए। वाष्पक तापमान के अनुरूप वाष्प की विशिष्ट ऊष्मा को 2-38 kJ/kg-K माना जा सकता है। KVMS-B-MCH/7 10 20 (c) (a) An R717 simple saturation cycle refrigerator operates at 40 °C condenser and -16 °C evaporator temperatures. Determine COP and power per TR. If a liquid- vapour regenerative heat exchanger is installed in the system, with the suction vapour at 15 °C, what will be the effect on COP and power per TR? Assume specific heat of vapour at condenser temperature as 3:1 kJ/kg-K, when no heat exchanger is used, and 2:9 kJ/kg-K, when heat exchanger is used. The properties of R717 are given in the table below : Enthalpy Entropy Temperature (kJ/kg) (kJ/kg-K) (°C) Liquid Vapour Liquid Vapour (hy) (hg) (Sf) (Sg) -16 126-73 1442-60 0-72511 58420 40 390-59 1490-42 1:64377 51558 Draw the P-h diagram also. The specific heat of vapour corresponding to evaporator temperature may be assumed as 2:38 kJ/kg-K. Wo ago तथा सी० आइ० इंजन ईंधन की रेटिंग का निर्धारण कैसे किया जाता है? संक्षेप में समझाइए। How are the ratings of SI and CI engine fuels done? Explain in brief. एक वातानुकूलित स्थान को 25°C DBT तथा 50% RH पर बनाए रखा जाता है। ata परिस्थितियाँ 40 °C DBT तथा 27 °C WBT हैं। इस स्थान में 24-5 kw की संवेद्य ऊष्मा वृद्धि होती है। वातानुकूलित वायु 10 °C पर संतृप्त वायु के रूप में इस स्थान में आपूर्ति की जाती है। इस उपकरण में एक वायु धावक (वाशर) शामिल है। वायु धावक (वाशर) में प्रवेश करने वाली वायु में 25% बाहरी वायु समाविष्ट होती है, शेष भाग पुनःसंचरित कमरे की वायु होती है। गणना कीजिए-- (9 उस स्थान पर आपूर्ति की गई वायु की आयतन प्रवाह दर; (ii) कक्ष संवेद्य ऊष्मा गुणक; (i) TA धावक (वाशर) का शीतलन भार (TR में) । आर्द्रतामितीय (साइक्रोमेट्रिक) लेखा-चित्र तालिका अंत में dea है। साथ ही, योजनाबद्ध आरेख बनाइए तथा एक सारांशित आर्द्रतामितीय लेखा-चित्र पर विभिन्न प्रक्रियाओं को दर्शाइए। An air-conditioned space is maintained at 25 °C DBT and 50% RH. The outside conditions are 40 °C DBT and 27 °C WBT. The space has a sensible heat gain of 24-5 kW. Conditioned air is supplied to the space as saturated air at 10 °C. The equipment consists of an air washer. The air entering the air washer comprises 25% of outside air, the remainder being recirculated room air. Calculate the— () volume flow rate of air supplied to space; (i) room sensible heat factor; (iii) cooling load (in TR) of air washer. Psychrometric chart is given at the end. Also, draw the schematic diagram and show the various processes on a skeleton psychrometric chart. 20 10 20 KVMS-B-MCH/7 11 [ P.T.O. (b) @ मोर्स परीक्षण का उपयोग करके एक आइ० सी० इंजन की सूचित शक्ति ज्ञात करने की विधि का वर्णन कीजिए। Describe the method of finding indicated power of an IC engine using Morse test. 5 (ji) एक चार-सिलिन्डर, चार-स्ट्रोक इंजन पर किए गए परीक्षण में निम्नलिखित विवरण नोट किए गए हैं : व्यास न 100 mm स्ट्रोक > 125 mm इंजन की गति > 1500 r.p.m. ईंधन की खपत =0-2 kg/min ईंधन का कैलोरी मान = 44000 kJ/kg ब्रेक faci के दोनों ओर के तनाव का अंतर = 450 N ब्रेक ड्रम की परिधि = 300 cm यदि यांत्रिक दक्षता 80% है, तो गणना कीजिए-- (1) ब्रेक ऊष्मीय दक्षता; (2) सूचित ऊष्मीय दक्षता; (3). सूचित माध्य प्रभावी दाब; (4) ब्रेक-विशिष्ट ईंधन खपत । The following details are noted in a test on a four-cylinder, four-stroke engine : Diameter = 100 mm Stroke =125 mm Speed of the engine =1500 r.p.m. Fuel consumption = 0-2 kg/min Calorific value of fuel = 44000 kJ/kg Difference in tension on either side of the brake pulley = 450 N Brake drum circumference = 300 cm If the mechanical efficiency is 80%, calculate the— (1) brake thermal efficiency; (2) indicated thermal efficiency; (3) indicated mean effective pressure; (4) brake-specific fuel consumption. 15 (c) 35m ऊँची एक चिमनी 300 °C पर फ्लू गैसों को विसर्जित कर रही है, जबकि परिवेश का तापमान 25 °C है। प्रति kg ईंधन जलाने के लिए 16 kg वायु की आपूर्ति की जाती है। निर्धारित कीजिए-- (i) जल का mm में उत्पादित प्रवात; (i) गर्म गैस स्तंभ के मीटर में समतुल्य प्रवात; (एक चिमनी की दक्षता, यदि कृत्रिम प्रवात का न्यूनतम तापमान 120°C है तथा गर्म फ्लू गैसों की औसत विशिष्ट ऊष्मा 1-005 kJ/kg-K है; (iv) यदि ईंधन का शुद्ध कैलोरी मान 33000 kJ/kg है, तो प्राकृतिक प्रवात प्रणाली में खर्च की गई ऊष्मा का प्रतिशत। KVMS-B-MCH/7 12 A chimney of 35 m height is discharging the flue gases at 300 °C, when the ambient temperature is 25 °C. The quantity of air supplied is 16 kg per kg of fuel burnt. Determine the— () draught produced in mm of water; (ii) equivalent draught in metres of hot gas column; (iii) efficiency of the chimney, if the minimum temperature of artificial draught is 120°C and the mean specific heat of hot flue gases is 1:005 kJ/kg-K; (iv) percentage of heat spent in natural draught system, if the net calorific value of the fuel is 33000 kJ/kg. 10 kkk KVMS-B-MCH/7 13 [ P.T.O. For Question No. 7(a) : Saturated Water Pressure Entry Press. Ténip, Specific Volume (m°/kg) Internal Energy (kJ/kg) (kPa) (°c) Sat. Liquid Evap. Sat. Vapour = Sat. Liquid Evap. Sat. Vapour vf Y fg Yg uf 4 fg ug 06113 0-01 0001000 206:131 206:132 0 23753 23753 10 6:98 0001000 129:20702 129-20802 29°29 2355-69 2384-98 15 13-03 0-001001 87:97913 87:98013 54°70 2338-63 2393-32 2:0 17:50 0:001001 67-00285 67:00385 73-47 2326-02 2399-48 25 21:08 0-001002 5425285 5425385 88:47 2315-93 2404-40 3-0 24-08 0-001003 45:66402 45:66502 101-03 2307-48 2408-51 40 28:96 0-001004 3479915 3480015 121-44 2293-73 2415:17 50 32:88 0-001005 28:19150 28°19251 137:79 2282-70 2420-49 75 40:29 0-:001008 19-23674 19-23775 16876 2261-74 2430-50 10° 45:81 0-001010 1467254 14-67355 191-79 2246-10 2437-89 15 53:97 0001014 10:02117 10-02218 225:90 2222-83 2448-73 20 60:06 0001017 764835 7:64937 251-35 2205-36 2456-71 25 64:97 0:001020 620322 6:20424 271-88 2191-21 2463-08 30 69:10 0-001022 522816 522918 289:18 2179-22 2468-40 40 75:87 0-:001026 3-99243 3:99345 31751 2159-49 2477-00 50 81:33 0-001030 3-23931 3:24034 340-42 2143-43 2483-85 75 91:77 0:001037 2:21607 2:21711 394-29 2112:39 2496-67 100 99-62 0-:001043 169296 1-69400 417-33 2088-72 2506-06 125 105:99 0-:001048 1:37385 1:37490 444-16 2069-32 2513-48 150 111-37 0'001053 1-15828 1-15933 46692 2052-72 2519-64 175 116-06 0:001057 100257 1:00363 486°78 2038-12 2524-90 200 120-23 0:001061 0:88467 0-88573 504-47 2025-02 2529-49 225 124-00 0:001064 0:79219 0-79325 520-45 2013-10 2533-56 250 127-43 0:001067 0-:71765 071871 535-08 2002:14 2537:21 275 130-60 0:001070 0-65624 0-65731 548:57 1991-95 2540:53 300 133:55 0001073 060475 0-60582 561-13 1982-43 2543-55 325 136:30 0-001076 0:56093 0:56201 57288 1973-46 2546:34 350. 138-88 0-001079 0:52317 0:52425 583-93 1964-98 2548-92 375 141-32 0001081 0:49029 0:49137 594-38 1956-93 2551-31 400 143-63 0:001084 0:46138 0:46246 604-29 1949-26 2553-55 450 147-93 0-:001088 041289 0-41398 622:75 1934-87 2557-62 500 151-86 0-001093 0-37380 0:37489 639-66 1921-57 2561-23 550 155-48 0:001097 0:34159 0:34268 655:30 1909-17 2564-47 600 158-85 0:001101 0:31457 0-31567 669-88 1897:52 2567-40 650 162:01 0-001104 0:29158 0-29268 683:°55 1886°51 2570-06 700 164-97 0:001108 0:27176 0:27286 696-43 1876-07 2572-49 . 750 167:77 0001111 0:25449 0-25560 708-62 1866-11 2574-73 800 170-43 0001115 0-23931 0:24043 720-20 1856-58 2576-79 KVMS-B-MCH/7 14 For Question No. 7(a) : Saturated Water Pressure Entry Enthalpy (kJ/kg) Entropy (kJ/kg-K) Press. Temp. (kPa) (°C) Sat. Liquid Evap. Sat. Vapour Sat. Liquid Evap. Sat. Vapour hf hfg hg Sf Sfg Sg 06113 0-01 0-00 2501-30 2501-30 0 9-1562 91562 1-0 6:98 29:29 2484-89 2514-18 0:1059 88697 8:9756 1-5 13-03 54-70 2470-59 2525-30 0:1956 8:6322 88278 2:0 17:50 73-47 2460-02 2533-49 0:2607 8:4629 8°7236 25 21-08 88-47 2451-56 2540-03 0:3120 83311 8-6431 3-0 24:08 101-03 2444-47 2545-50 0:3545 8:2231 85775 40 28:96 121-44 2432-93 2554-37 0:4226 8:0520 8-4746 50 32:88 137-79 2423-66 2561-45 0:-4763 7:9187 8:3950 75 40:29 168-77 2406-02 2574-79 05763 76751 8:2514 10 45°81 191-81 2392-82 2584-63 0-6492 75010 8-1501 15 53-97 22591 2373-14 2599-06 0°7548 7:2536 8-0084 20 60-06 251-38 2358-33 2609-70 0-8319 7-0766 79085 25 64-97 271-90 2346:29 2618-19 0-8930 69383 78313 30 69°10 289°21 2336-07 2625-28 0:9439 6°8247 7:7686 40. 75:87 31755 2319-19 2636-74 1:0258 66441 7-6700 50 81:33 340:47 2305-40 2645-87 1:0910 65029 75939 75 91-77 384-36 2278-59 2662:96 1:2129 6:2434 7-4563 100 99-62 417-44 2258-02 2675-46 1:3025 60568 73593 125 105-99 44430 2241-05 2685-35 1:3739 5:9104 7/2843 150 111-37 467-08 2226-46 2693-54 14335 57897 72232 175 116-06 486:97 2213-57 2700°53 1:4848 56868 71717 200 120-23 504-68 2201-96 2706-63 1:5300 5:5970 71271 225 124-00 52069 2191-35 2712-04 15705 55173 7-:0878 250 127-43 535:34 2181-55 2716-89 1:6072 54455 70526 275 130-60 548-87 2172-42 2721-29 16407 5-3801 7:0208 300 133-55 561-45 2163-85 2725-30 16717 53201 69918 325 13630 573-23 2155-76 2728-99 17005 52646 69651 350 138-88 584-31 2148-10 2732-40 17274 52130 69404 375 141-32 594-79 2140-79 2735-58 1:7527 51647 69174 400 143-63 604-73 2133-81 2738-53 1:7766 51193 68958 450 147-93 623-24 2120-67 2743-91 1:8206 50359 68565 500 151-86 640-21 2108-47 2748-67 18606 4-9606 68212 550 15548 65591 2097-04 2752-94 18972 48920 6-7892 600 158-85 670-54 2086-26 275680 1:9311 48289 6°7600 650 162:01 684-26 2076-04 2760-30 1:9627 47704 6:7330 700 164-97 697-20 2066-30 2763-50 1-:9922 4-7158 67080 750 167:77 709-45 2056:98 2766-43 2:0199 46647 66846 800 170-43 721:10 2048-04 2769:13 2:0461 4-6166 66627 KVMS-B-MCH/7 15 [P.T.O. For Question No. 8/(a) : BAROMETRIC PRESSURE 1-01325 bar SEA LEVEL PSYCHROMETRIC CHART 125 430 135 40 45 4 0-032 0-031 0-030 0-029 4 0-028 0-027 0-026, 0-025 ars RY AIR Z| rh नये | kg D IN, ku, i 0-024 0-023 0-021 0-020 0-019 0-018 0-017 v7) 7 ISN V4 va KZ Be 95 r+ 0-016 0-015 0-014 0.013 NTHALPY DEVIATIO| 087] 0-012 0-011 a] 2 =a 7 1.0 AN | 0.44 VA 120 [ZV 4 e p< va L—P< bet [ ZINA =n | tS] IN NN 4 Nm Ny -10 \ 0-75 m3/kg ye 15 20 DRY BULB TEMPERATURE, °C 0-80 m7/kg BELOW 0 °C PROPERTIES AND ENTHALPY DEVIATION LINES ARE FOR ICE 25 \ 50 35 0-85 m/kg SPECIFIC VOLUME, m°/kg DRY AIR 45 50 \ 0.90 m3/kg 55 0-010 0-009 0-008 0.007 0-006 0.005 0-004 0.003 0.002 0-001 0-000 0-35 0-40 0-45 0-50 0-55 0.60 E-0-65 F 0:70 E 0.75 EF 0-80 E-0-85 E-0-90 न 0-95 = 1-00 MOISTURE CONTENT kg/kg DRY AIR Mi SENSIBLE HEAT FACTOR 16 SB27—426 KVMS-B-MCH/7