2022年2022年化工原理习题解第二章流体输送机械 .pdf

资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档第二章流体输送机械离心泵特性【 2-1】某离心泵用15的水进行性能实验，水的体积流量为540m3/h，泵出口压力表读数为350kPa ，泵入口真空表读数为30kPa 。若压力表与真空表测压截面间的垂直距离为350mm ，吸入管与压出管内径分别为350mm 及 310 mm ，试求泵的扬程。解水在 15时./3995 7kgm，流量/Vqmh3540压力表350MpkPa， 真空表30VpkPa （表压）压力表与真空表测压点垂直距离00.35hm管径.120 350 31dmdm，流速/./( .)1221540 36001 560 3544Vqum sd./.2212120 351 561 990 31duumsd扬程222102MVppuuh gg()( .)( .).3322350 1030 101 991 560 35995 7 9812 9 81. m0 3538 90 07839 3水柱【 2-2】原来用于输送水的离心泵现改为输送密度为1400kg/m3的水溶液，其他性质可视为与水相同。若管路状况不变，泵前后两个开口容器的液面间的高度不变，试说明：(1)泵的压头（扬程）有无变化；(2) 若在泵出口装一压力表，其读数有无变化；(3) 泵的轴功率有无变化。解(1) 液体密度增大，离心泵的压头（扬程）不变。（见教材）(2) 液体密度增大，则出口压力表读数将增大。(3) 液体密度增大，则轴功率VqgHP将增大。【 2-3】某台离心泵在转速为1450r/min时，水的流量为18m3/h，扬程为20m(H2O) 。试求： (1)泵的有效功率，水的密度为1000kg/m3; (2) 若将泵的转速调节到1250r/min时，泵的流量与扬程将变为多少？解(1) 已知/,/Vqmh Hmkgm3318201000水柱，有效功率.eVPqgHW1810009 81 209813600名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 10 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档(2) 转速/ m i n11450nr时流量3118Vqmh，扬程1220m HOH柱转速/ m i n21250nr流量./3221112501815 51450VVnqqmhn扬程.222212112502014 9m H O1450nHHn柱管路特性曲线、工作点、等效率方程【 2-4】用离心泵将水由敞口低位槽送往密闭高位槽，高位槽中的气相表压为98.1kPa，两槽液位相差4m 且维持恒定。已知输送管路为45mm 2.5mm，在泵出口阀门全开的情况下，整个输送系统的总长为20m （包括所有局部阻力的当量长度），设流动进入阻力平方区，摩擦系数为0.02。在输送范围内该离心泵的特性方程为52286 10VHq（Vq的单位为m3/s，H 的单位为m） 。水的密度可取为1000kg/m3。试求：（1）离心泵的工作点； （2）若在阀门开度及管路其他条件不变的情况下，而改为输送密度为1200 kg/m3的碱液，则离心泵的工作点有何变化？解（1）管路特性方程20VHHkq其中30398.1 104109.81=14 pH zg52525882 00 . 023 .2 31 03 . 1 49 . 8 10 . 0 4el lkgd故管路特性方程52143.23 10VHq离心泵特性方程52286 10VHq两式联立525228610143.23 10VVqq得工作点下的流量与压头333.8910/Vqms，18.92Hm（ 2）当改送密度为1200 kg/m3的碱液时，泵特性方程不变，此时管路特性方程309 8 . 11 041 2 . 31 2 0 09 . 8 1 pH zg流动进入阻力平方区，且阀门开度不变，则k 不变。因此管路特性方程变为5212.33.2310VHq将该方程与泵特性方程联立名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 10 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档5252286 1012.33.2310VVqq得新工作点下流量及压头334.12 10/Vqms，17.78Hm【 2-5】在一化工生产车间，要求用离心泵将冷却水由贮水池经换热器送到另一敞口高位槽，如习题2-5 附图所示。已知高位槽液面比贮水池液面高出10m ，管内径为75mm ，管路总长（包括局部阻力的当量长度在内）为400m 。流体流动处于阻力平方区，摩擦系数为0.03 。流体流经换热器的局部阻力系数为32。离 心泵 在 转 速/ minnr2900时的VHq 特 性 曲 线 数 据 见下表。/31Vqms0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 /Hm26 25.5 24.5 23 21 18.5 15.5 12 8.5 试求： (1) 管路特性方程；(2) 工作点的流量与扬程；(3)若采用改变转速的方法，使第(2)问求得的工作点流量调节到.333 5 10 ms ，应将转速调节到多少？（参看例2-3） 。解已知.,.,0 0 7 54 0 00 0 33 2edm llm(1) 管路特性方程20VHHk q0210010pHZmH Og2548ellkgdd.( .)( .)52548400320 035 02109 810 0750 075.52105 0210VHq(2) 工作点的流量与扬程管路特性曲线的Vq与 H 计算值如下/31Vqms0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 /Hm10 10.5 12 14.5 18 22.6 28 34.6 42.1 工作点流量./30 0045VAqms，扬程.AHm H O219 8 (3) 将工作点流量从./30 0045VAqms调节到./30 0035VCqms，泵的转速应由/ min2900r习题 2-5a 附图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 10 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档调节到多少？将./30 0035VCqms代入管路特性方程，求得.( .).CHm H O522105 02 100 003516 1 等效率方程2VHK q系数.(.)62216 11 31 100 0035CV CHKq得等效率方程.621 31 10VHq等效率方程的计算值如下31Vqms0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.0045 /Hm0 1.31 5.24 11.8 21 26.5 从2900 /minnr的泵特性曲线与等效率曲线的交点D，得到./ ,VDDqms Hm H O320 00421 流量为./30 0035VCqms时的转速为./min.VCCDVDqnnrq0 0035290025380 004. %DCDnnn2900253810010012 52900转速变化小于20% ，效率基本不变。习题 2-5b 附图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 10 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档离心泵的并联及串联【 2-6】若习题2-5 第 2 问改为两台泵并联操作，管路特性曲线不变，试求泵工作点的流量与扬程。解习题 2-6 附图中点A 为工作点流量./Vqms30 0053，扬程.Hm23 7水柱【 2-7】若习题2-4 第 2 问改为两台泵串联操作，管路特性曲线不变，试求工作点的流量与扬程。解习题 2-7 附图中点A 为工作点，流量./Vqms30 0061，扬程.Hm30 02水柱离心泵的安装高度【 2-8 】用型号为IS6550125的离心泵，将敞口水槽中的水送出，吸入管路的压头损失为 4m，当地环境大气的绝对压力为98kPa 。试求： (1) 水温 20时泵的安装高度，(2)水温 80时泵的安装高度。解已知环境大气压力098pkPa （绝压）吸入管()24fHm H O，查得泵的汽蚀余量 h=2m(1) 20 的水，饱和蒸气压.23 38VpkPa ，密度./3998 2kgm最大允许安装高度为(.).30允许9823 3810=241 62998 29 81VfgppHhHmg输送 20水时，泵的安装高度1.62gHm(2) 80 的水，饱和蒸气压.47 38VpkPa ，密度./3971 8kgm最大允许安装高度为习题 2-7 附图习题 2-6 附图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 10 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档(.).30允许9847 3810=240 69971 89 81VfgppHhHmg输送 80水时，泵的安装高度.0 69gHm【 2-9】用离心泵将密闭容器中的有机液体送出，容器内液面上方的绝压为85kPa。在操作温度下液体的密度为850kg/m3，饱和蒸汽压为72.12kPa。吸入管路的压头损失为1.5m，所选泵的允许汽蚀余量为3.0m。现拟将泵安装在液面以下2.5m 处，问该泵能否正常操作？解泵的最大允许安装高度(.).30允许8572 1210=3 01 52 968509 81VfgppHhHmg而实际安装高度Hg实2.5mgH允，说明此泵安装不当，泵不能正常操作，会发生汽蚀现象。为保证泵的正常操作，泵应至少安装在液面下方3.5m 或更低。【 2-10 】用离心泵输送80热水，今提出如下两种方案（见习题2-10 附图）。若两方案的管路长度（包括局部阻力的当量长度）相同，离心泵的汽蚀余量2hm 。试问这两种流程方案是否能完成输送任务？为什么？环境大气压力为.101 33kPa。解水在80时饱和蒸气压.47 38VpkPa，密度./3971 8kgm，汽蚀余量2hm，大气压力.0101 33pkPa最大允许安装高度为(.).30允许101 3347 3810=23 66971 89 81VfffgppHhHHHg第 (2)方案的安装高度7gHm，大于gH允许，不能完成输送任务。第 (1)方案的安装高度1gHm若.fH13 66则. 4 66fHm水柱时可以用。习题 2-10 附图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 10 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档离心泵的选用【 2-11】用离心泵从江中取水送入贮水池内，池中水面高出江面20m，管路长度（包括局部阻力的当量长度）为45m 。水温为20，管壁相对粗糙度.0 001d=。要求输水量为/mh32025。 (1) 试选择适当管径；(2)试选择一台离心泵。解20水的./,.33998 21 00410kgmPa s,.45=0001ellmd最大流量/Vqmh325(1)管径 d 从教材表1-3 中选管路中水的流速. 2 5 um s/.25 36000 059559 52 544Vqdmmmu选公称直径65mm 的低压流体输送用焊接钢管管径为.mmmm75 53 75，内径.755375 268dmm最后计算流速/./( .)2225 36001 910 06844Vqumsd此流速在表1-4 中的./1 5 3 0m s范围内(2)选离心泵扬程22fpuHZHgg,20020 puZm.Re.530 068 1 91 998 21 29 101 004 10du查得.0 0218( .).22451 91002182 68 20 06829 81eflluHmdg扬程.202 6822 68 Hm有效功率.25998 29 8122 6815401 54 3600eVPqgHWkW设泵的效率.=065轴功率.1 5 4=2 3 70 6 5ePPk W选用离心泵IS6550160其 流 量 范 围 为/mh315 30， 扬 程 范 围 为 35 30m， 转 速 为/ minr2900， 轴 功 率 为.kW2 653 71，汽蚀余量.22 5hm。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 10 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档【 2-12】有一台离心泵的额定流量为16.8m3/h，扬程为18m。试问此泵是否能将密度为 1060kg/m3，流量为250L/min的液体，从敞口贮槽向上输送到表压为30kPa 的设备中？敞口贮槽与高位设备的液位垂直距离为8.5m 。管路的管径为.mmmm75 53 75，管长为124m（包括直管长度与所有管件的当量长度），摩擦系数为0.03。解流量/ min/VqLmh325025060151000流速/./( .)221536001 150 06844Vqumsd压头ellpuHZgdg22( .).3230 101241 158 500315 11060 9810 0682 9 81m液柱流量与压头都略小于额定值，该泵可以用。往复泵【 2-13】有一台双动往复泵，其活塞的行程为300mm ，活塞直径为180mm ，活塞杆直径为 50mm 。若活塞每分钟往复55 次，其理论流量为若干？又实验测得此泵在26.5min 内能使一直径为3m 的圆形贮槽的水位上升2.6m ， 试求泵的容积效率（即实际流量/理论流量） 。解活塞行程3 0 00 3Sm mm，活塞直径.0 1 8Dm，活塞截面积.220 1 844AD活塞杆直径005dm，活塞杆截面积()2200544ad活塞往复频率m i nn5 51理论流量()()./ m i nVqAaS nm223220180 0503550 80744理实际流量./ m i n.23V实132 60 693426 5qm容积效率/./.0 6 9 30 8 0 70 8 5 9VVqq实理气体输送机械【 2-14】有一台离心式通风机进行性能实验，测得的数据如下：空气温度为20，风机出口的表压为230Pa ，入口的真空度为150Pa ，送风量为/mh33900。吸入管与排出管的内径分别为300mm 及 250mm ，风机转速为/minr1450，所需轴功率为0.81kW 。试求风机的全风压、静风压及全风压效率。解已知风量/Vqmh33900，吸入管内径.10 3dm，排出管内径.20 2 5dm吸入管风速/./( . )12213900360015 30 344Vqumsd名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 10 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档排出管风速./.2212120 315 3220 25duumsdt20，.pkPa101325下，空气密度/3=1.205 kgm进口动压.(.)12211 2 0 51 5 314122dupPa出口动压.()22221 2 0 52 229222dupPa进口静压1150spPa，出口静压2230spPa全风压()tsdsdppPpPPa2211230292150140532（）静风压25 3 22 9 22 4 0s ttdpppP a已知轴功率.0 8 18 1 0Pk WW有效功率5 3 23 9 0 057636003600tVep qPW全风压效率.5760 711810ePP【 2-15 】 仓 库 里 有 一 台 离 心 式 通 风 机 ， 其 铭 牌上 的 流 量 为./mh331 27 10， 全 风 压 为1.569kPa 。 现 想 用 它 输 送 密 度 为./kgm31 0的 气 体 ， 气 体 流 量 为./331 27 10 mh ， 全 风 压 为1.3kPa 。试问该风机是否能用？解通风机铭牌上的风量与全风压是在标定条件(20， 101.325kPa) 下用空气测定的，标定条件下空气的密度为./31 2kgm。现在把气体在操作条件下的流量./mh331 27 10及全风压1.3kPa 换算为标定条件下的风量0Vq及全风压0tp。./.Vqmh3330127 101 01 058 101 2.0121 31 56 10tpkPa被输送气在标定条件下的风量及全风压都稍低于通风机铭牌上的风量及全风压，该风机可以使用。【 2-16】有温度为25、流量为360/ minm的空气，从101 kPa 压缩到505kPa（均为绝对压力），绝热指数为1.4，试求空气绝热压缩后的温度，并求等温压缩和绝热压缩所需理论功率，假设为理想气体。解（1）.pTTKp11 4 1142211505273 25472199101名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 10 页 - - - - - - - - - 资料收集于网络如有侵权请联系网站删除谢谢精品文档(2) 等温压缩.l nl n ()./1218 3142985137 529isoRTpWkJkgMp./,/ min/3331 185 601Vkgmqmms流量./11 1 8 51 1 8 5mVqq pkgs功率.1375 1 185163 isoisomPW qkW(3) 绝热压缩.(-)./.211 48 314472 2981746 10 429adkRWTTkJ kgkM功率.1746 1 185207adadmPW qkW名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 10 页 - - - - - - - - -