सरल शब्दों में, सर्कुलेटिंग वॉटर कूलिंग का सिद्ध

उत्तर: ① चक्रीय जल को ठंडा करने हेतु, जल का वायु के संपर्क में आना आवश्यक है; इस प्रक्रिया में वाष्पीकरण द्वारा ऊष्मा निकलना, संपर्क द्वारा ऊष्मा निकलना, एवं विकिरण द्वारा ऊष्मा निकलना – ये तीनों प्रक्रियाएँ मिलकर कार्य करती हैं।； ②वाष्पीकरण द्वारा शीतलन: जल शीतलन उपकरणों में छोट-छोटे जल कण या बहुत पतली जल-परतें बनती हैं; इससे जल का वायु के संपर्क में आने वाला क्षेत्रफल बढ़ जाता है एवं संपर्क का समय भी बढ़ जाता है। इसके परिणामस्वरूप जल का वाष्पीकरण तेज हो जाता है, एवं जल-वाष्प जल से वाष्पीकरण हेतु आवश्यक ऊष्मा को ले जाती है। इस प्रकार जल शीतल हो जाता है। ； ③संपर्क द्वारा ऊष्मा संचरण: संवहन एवं संवहनीय ऊष्मा संचरण को “संपर्क द्वारा ऊष्मा संचरण” कह ； ④ विकिरण द्वारा ताप हस्तांतरण: विकिरण द्वारा ताप हस्तांतरण हेतु किसी ऊष्मा-संचारक माध्यम की आवश्यकता नहीं होती; बल्कि यह विद्युत-चुम्बकीय तरंगों के रूप में ही फैलता है। यह प्रक्रिया केवल बड़े क्षेत्रफल वाले शीतलन तालाबों में ही प्रभावी होती है।

प्राकृतिक शीतलन वेंटिलेशन टावरों में पानी का तापमान, आम तौर पर वातावरणीय तापमान से 5-6 डिग्री कम होता है; यह वातावरणीय आर्द्रता एवं फिलरों पर हवा की गति पर भी निर्भर है। इस तापमान को “वायुमंडलीय आर्द्रता तापमान” कहा जाता है। जब आर्द्रता स्थिर रहती है, तो वाष्पीकरण एवं संघनन की प्रक्रियाएँ संतुलन में रहती हैं। संघनन के दौरान ऊर्जा उत्पन्न होती है, एवं यह ऊर्जा नीचे से ऊपर की ओर जाने वाली हवा द्वारा ले जाई जाती है; यही “हाइपरबोलिक सक्शन” प्रक्रिया है। वाष्पीकरण के लिए ऊर्जा आवश्यक होती है, एवं ऊर्जा प्राप्त करने के बाद पानी ऊपर की ओर जाता है। इस प्रकार, ऊर्जा ग्रहण करने के बाद पानी का तापमान पर्यावरणीय तापमान से कम हो जाता है।

चक्रीय जल को ठंडा करने हेतु, पानी एवं हवा के बीच संपर्क होता है; इस प्रक्रिया में वाष्पीकरण द्वारा ऊष्मा निकलना, संपर्क द्वारा ऊष्मा निकलना, एवं विकिरण द्वारा ऊष्मा निकलना – ये तीनों प्रक्रियाएँ मिलकर कार्य करती हैं। (1) वाष्पीकरण के दौरान निकलने वाला पानी, शीतलन उपकरणों में छोट-छोटे जलबिंदुओं या बहुत पतली जल-परतों के रूप में बन जाता है। इससे पानी का वायु के संपर्क में आने वाला क्षेत्रफल बढ़ जाता है, एवं संपर्क का समय भी बढ़ जाता है। इसके परिणामस्वरूप पानी का वाष्पीकरण तेज हो जाता है, एवं पानी से वाष्पीकरण हेतु आवश्यक ऊष्मा निकल जाती है; इससे पानी ठंडा हो जाता है। (2) संपर्क द्वारा होने वाला ताप-स्थानांतरण, चाहे वह संवहन द्वारा हो या संवहन-संचरण द्वारा, को “संपर्क द्वारा ताप-स्थ जब पानी की सतह, कम तापमान वाली हवा के संपर्क में आती है, तो तापमान-ांतर के कारण गर्म पानी में मौजूद ऊष्मा हवा में चली जाती है, जिससे पानी का तापमान कम हो जाता है। तापमान अंतर जितना अधिक होगा, ऊष्मा संचरण की प्रक्रिया उतनी ही (3) विकिरण द्वारा ऊष्मा-स्थानांतरण: विकिरण द्वारा ऊष्मा-स्थानांतरण हेतु किसी ऊष्मा-स्थानांतरण माध्यम की आवश्यकता नहीं होती; बल्कि ऊष्मा-ऊर्जा एक विद्युत-चुम्बकीय तरंग के रूप में ही प्रसारित होती है। विकिरण द्वारा ऊष्मा निकासी केवल बड़े आकार के शीतलन तालाबों में ही संभव है। अन्य प्रकार के शीतलन उपकरणों में, विकिरण द्वारा होने वाली ऊष्मा-निकासी को नगण्य माना जा सकता है। जल-शीतलन में, इन तीनों ताप-निकासी प्रक्रियाओं की भूमिका, हवा के भौतिक गुणों के आधार पर अलग-अलग होती है। वसंत, ग्रीष्म एवं शरद ऋतुओं में, बाहर का तापमान काफी अधिक होता है; इस कारण सतह से वाष्पीकरण एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया बन जाती है। सबसे गर्म ग्रीष्म ऋतु में, वाष्पीकरण द्वारा होने वाली ऊष्मा-हानि, कुल ऊष्मा-हानि का 90% से भी अधिक होती है। इसलिए, पानी की वाष्पीकरण-हानि सबसे अधिक होती है, एवं पानी की आवश्यकता भी सबसे अधिक होती है। सर्दियों में, तापमान कम होने के कारण ऊष्मा हानि की दर बढ़ जाती है; गर्मियों में यह दर 10–20% होती है, जबकि सर्दियों में यह 40–50% तक पहुँच जाती है। अत्यधिक ठंड की स्थितियों में यह दर लगभग 70% तक भी हो सकती है। इसलिए, सर्दियों में पानी के वाष्पीकरण से होने वाला नुकसान कम हो जाता है, और पानी की आपूर्ति भी कम हो जाती है।