UPSC Civil Services Mechanical Engineering Paper II 2025 Question Paper PDF

Section A

Q1. एक बर्फ का टुकड़ा, जिसका द्रव्यमान 1.5 kg और प्रारंभिक तापमान 260 K है, वातावरण से ऊष्मा स्थानांतरण के कारण 1 bar दाब पर पिघलता है। कुछ समय पश्चात्, परिणामी जल वातावरण के तापमान 293 K को प्राप्त करता है। इस प्रक्रिया से संबंधित एंट्रॉपी उत्पादन की गणना कीजिये। बर्फ के पिघलने की गुप्त ऊष्मा (लेटेंट हीट) 334 kJ/kg है, बर्फ और पानी की विशिष्ट ऊष्माएँ (स्पेसिफिक हीट) क्रमशः 2.07 kJ/kg-K तथा 4.2 kJ/kg-K हैं। मान लीजिये कि बर्फ 273.15 K पर पिघलती है।

(a) A lump of ice with a mass of 1.5 kg at an initial temperature of 260 K melts at the pressure of 1 bar as a result of heat transfer from the environment. After some time, the resulting water attains the temperature of environment, 293 K. Calculate the entropy production associated with this process. The latent heat of fusion of ice is 334 kJ/kg, the specific heat of ice and water are 2.07 kJ/kg-K and 4.2 kJ/kg-K, respectively. Assume that ice melts at 273.15 K.

(b) सामान्य प्रघात-तरंग (शॉक वेव) के अनुप्रवाह (डाउनस्ट्रीम) में अभिलाक्षणिक मैक संख्या \textM^*_y = 0.5 तथा स्थगन दाब (स्टैम्रेशन प्रेशर) 2 bar है। निम्नलिखित को निर्धारित कीजिये :

(i) प्रघात (शॉक) के अनुप्रवाह में मैक संख्या M_y (ii) प्रघात के प्रतिप्रवाह (अपस्ट्रीम) में स्थगन दाब तरल, वायु है और γ = 1.4 तथा R = 0.287 kJ/kg-K हैं। अंत में दिये गये सामान्य प्रघात (शॉक) तालिका तथा आइसेन्ट्रॉपिक प्रवाह तालिका का उपयोग किया जा सकता है। Downstream of a normal shock wave, the characteristic Mach number M_y^* = 0.5 and the stagnation pressure is 2 bar. Determine the following :

Section A

Q2. सामान्य प्रघात-तरंग (शॉक वेव) के अनुप्रवाह (डाउनस्ट्रीम) में अभिलाक्षणिक मैक संख्या M_y^* = 0.5 तथा स्थगन दाब (स्टैम्रेशन प्रेशर) 2 bar है। निम्नलिखित को निर्धारित कीजिये : Downstream of a normal shock wave, the characteristic Mach number M_y^* = 0.5 and the stagnation pressure is 2 bar. Determine the following :

(b) (i) प्रघात (शॉक) के अनुप्रवाह में मैक संख्या M_y
(ii) प्रघात के प्रतिप्रवाह (अपस्ट्रीम) में स्थगन दाब
तरल, वायु है और gamma = 1.4 तथा R = 0.287 kJ/kg-K हैं। अंत में दिये गये सामान्य प्रघात (शॉक) तालिका तथा आइसेन्ट्रॉपिक प्रवाह तालिका का उपयोग किया जा सकता है।

(c) सारणी के रूप में दर्शाइये कि निम्नलिखित प्राचल सामान्य प्रघात तरंग (शॉक वेव) के लिए कैसे परिवर्तित होते हैं (बढ़ते हैं/घटते हैं/स्थिर रहते हैं) :
स्थैतिक दाब, स्थैतिक तापमान, स्थगन दाब, स्थगन तापमान, स्थगन घनत्व, मैक संख्या, एंट्रॉपी और स्थगन एथैल्पी

(b) (i) The Mach number M_y downstream of the shock
(ii) The stagnation pressure upstream of the shock
The fluid is air and gamma = 1.4, and R = 0.287 kJ/kg-K. Normal shock table and Isentropic flow table provided at the end, may be used.

(c) Show, in the form of a table, how the following parameters change (increase/ decrease/remain constant) across a normal shock wave :
Static pressure, Static temperature, Stagnation pressure, Stagnation temperature, Stagnation density, Mach number, Entropy and Stagnation enthalpy