化工原理第2章流体输送机械复习题.doc

“化工原理”第二章流体输送机械复习题一、填空题：1.（3分）某输水的水泵系统,经管路计算得,需泵提供的压头为He=19m水柱,输水量为0.0079m3/s,则泵的有效功率为_. *答案* 1472w2.（2分）离心泵的主要部件有如下三部分:_,_,_. *答案* 泵壳; 叶轮; 泵轴3.（2分）离心泵的主要参数有:_,_,_,_. *答案* 流量; 扬程; 功率; 效率4（3分） 离心泵的特性曲线有: _,_,_. *答案* 压头H流量Q曲线；功率N流量Q曲线； 效率流量Q曲线5（2分）离心泵的最大安装高度不会大于_. *答案* 10m6.（2分）离心泵的工作点是如下两条曲线的交点：_,_. *答案* 泵特性曲线H-Q； 管路特性曲线H-Q7（3分）调节泵流量的方法有：_,_,_. *答案* 改变阀门的开度； 改变泵的转速； 车削叶轮外径8.（3分）液体输送设备有：_,_,_,_,_. *答案* 离心泵; 往复泵; 齿轮泵; 螺杆泵; 旋涡泵9.（3分）气体输送设备有:_,_,_. *答案* 通风机; 鼓风机; 压缩机10.（3分）泵起动时，先关闭泵的出口开关的原因是_ *答案* 降低起动功率，保护电机，防止超负荷而受到损伤;同时也避免出口管线水力冲击。11.（3分）若被输送的流体粘度增高，则离心泵的压头，流量 ，效率，轴功率。 *答案* 减小 减小 下降 增大12.离心泵的流量调节阀安装在离心泵管路上，关小出口阀门后，真空表的读数，压力表的读数_。 *答案* 出口 减小 增大13.（2分）流体输送设备按工作原理大致可分为四类即，。 *答案* 离心式 ， 往复式 ， 旋转式 ， 流体动力作用式14.（2分）离心泵的安装高度超过允许安装高度时，离心泵会发生_现象。 *答案* 气蚀15.（2分） 离心泵的扬程含义是 *答案* 离心泵给单位重量的液体所提供的能量。 16.（2分） 离心泵叶轮按有无盖板可分为，_。 *答案* 敞式 半敞式 闭式（或开式，半开式，闭式）17.（2分）离心泵铭牌上标明的流量和扬程指的是时的流量和扬程。 *答案* 效率最高18.（3分） 用离心泵在两敞口容器间输液, 在同一管路中，若用离心泵输送1200kg/m3 的某液体(该溶液的其它性质与水相同），与输送水相比，离心泵的流量,扬程,泵出口压力,轴功率。(变大,变小,不变,不确定) *答案* 不变 不变 变大 变大19.（5分）离心泵用来输送常温的水，已知泵的性能为：Q0.05m3/s时H20m ；管路特性为Q0.05m3/s时，He18m，则在该流量下，消耗在调节阀门上的压头增值 Hm；有效功率Nkw。 *答案* 2; 0.981 20.（2分） 离心泵起动时，如果泵内没有充满液体而存在气体时，离心泵就不能输送液体。这种现象称为_现象。*答案* 气缚21.（2分）离心泵采用并联操作的目的是_，串联操作的目的是_。 *答案* 提高流量； 提高扬程22.（2分）风机的风压是指_的气体通过风机而获得的能量。 *答案* 单位体积23.（2分） 离心通风机的性能曲线比离心泵的性能曲线多了一条_曲线。 *答案* 流量与静风压二、选择题：1.（2分）离心泵起动时，应把出口阀关闭，以降低起动功率，保护电机，不致超负荷工作，这是因为（ ） A. Q启动0， N启动0 ；B. Q启动 0，N启动0； C. Q启动0， N启动0 *答案* A2.（2分） 题号2073 第2章 知识点 100 难度 容易 离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生( ) A. 气缚现象 B. 汽蚀现象 C. 汽化现象 D. 气浮现象 *答案* A.3.（2分） 题号2074 第2章 知识点 100 难度 容易 离心泵最常用的调节方法是 ( ) A. 改变吸入管路中阀门开度 B. 改变压出管路中阀门的开度 C. 安置回流支路，改变循环量的大小 D. 车削离心泵的叶轮*答案* B.4.（2分）离心泵的扬程，是指单位重量流体经过泵后能量的值 ( ) A. 包括内能在内的总能量 B. 机械能 C. 压能 D. 位能（即实际的升扬高度） *答案* B.5.（2分）已知流体经过泵后，压力增大P N/m2，则单位重量流体压力能增加为( ) A. P B. P/ C. P/() D. P/(2) *答案* C.6.（2分）当离心泵内充满空气时，将发生气缚现象，这是因为( ) A. 气体的粘度太小 B. 气体的密度太小 C. 气体比液体更容易起漩涡 D. 气体破坏了液体的连续性 *答案* B.7.（2分）某同学进行离心泵特性曲线测定实验，启动泵后，出水管不出水，泵进口处真空计指示真空度很高，他对故障原因作出了正确判断，排除了故障，你认为以下可能的原因中，哪一个是真正的原因( ) A. 水温太高 B. 真空计坏了 C. 吸入管路堵塞 D. 排出管路堵塞 *答案* C.8.（2分） 题号2089 第2章 知识点 100 难度 较难 在某校离心泵特性曲线实验装置中泵的安装高度为1m，泵的入口处装一U形管压差计，则测得入口处的压力( ) A. 自始至终大于大气压力 B. 随着流量的增大，经历大于大气压力,等于大气压力,小于大气压力三个阶段 C. 自始至终小于大气压力 D. 自始至终等于大气压力 *答案* B.9.（2分） 一台试验用离心泵，开动不久，泵入口处的真空度逐渐降低为零，泵出口处的压力表也逐渐降低为零，此时离心泵完全打不出水。发生故障的原因是( ) A. 忘了灌水 B. 吸入管路堵塞 C. 压出管路堵塞 D. 吸入管路漏气 *答案* D.10.（2分）离心泵的允许吸上真空度随泵的流量增大而（ ） A. 增大 B. 减少 C. 不变 *答案* B11.（2分）用离心泵将液体从低处送到高处的垂直距离，称为（ ） A. 扬程 B. 升扬高度 C. 吸液高度 *答案* B12.（2分）流量调节，离心泵常用（ ），往复泵常用（ ） A. 出口阀 B. 进口阀 C. 旁路阀 *答案* A、 C13.（2分）输送气体的密度越大，则风机的风压（ ） A. 越高 B. 越低 C. 不变 *答案* A14.（2分）欲送润滑油到高压压缩机的气缸中，应采用（ ）。输送大流量，低粘度的液体应采用（ ） A. 离心泵 B. 往复泵 C. 齿轮泵 *答案* C、 A15.（2分）用离心泵从河中抽水，当河面水位下降时，泵提供的流量减少了，其原因是（ ）。 A. 发生了气缚现象 B. 泵特性曲线变了 C. 管路特性曲线变了 *答案* C16.（2分）当离心泵输送的液体的粘度增大时，则其（ ）A. 扬程减少，流量、效率、轴功率均增大； B. 扬程、流量、效率均降低，轴功率增大C. 扬程、效率增大，流量，轴功率减少； D. 扬 程、流量、效率均增大，轴功率减少 *答案* B17.（2分）离心泵的吸液高度与（ ）无关 A. 排出管路的阻力大小 ； B. 吸入管路的阻力大小 C. 当地大气压 D. 被输送液体的密度 *答案* A三、问答题：1.（12分）何谓离心泵的“气缚”和“气蚀”现象，它们对泵的操作有何危害？应如何防止？ *答案* “气缚”：由于泵内存气，启动泵后吸不上液的现象，称“气缚”现象。“气缚”现象发生后，泵无液体排出，无噪音，振动。为防止“气缚”现象发生，启动前应灌满液体。 “气蚀”：由于泵的吸上高度过高，使泵内压力等于或低于输送液体温度下的饱和蒸汽压时，液体气化，气泡形成，破裂等过程中引起的剥蚀现象，称“气蚀”现象，“气蚀”发生时液体因冲击而产生噪音、振动、使流量减少，甚者无液体排出。为防止“气蚀”现象发生；泵的实际安装高度应不高于允许吸上高度。2.（10分）为什么离心泵可用出口阀来调节流量？往复泵可否采用同样方法调节流量？为什么？ *答案* 由离心泵的工作点知，改变泵出口阀的开度，使局部阻力改变，而管路特性曲线改变，流量随之改变，此法虽不经济，但对泵运转无其它影响；而往复泵属容积式泵，压头与流量基本无关，若关闭出口阀，则因泵内压力急剧升高，造成泵体。管路和电机的损坏，故不宜用出口阀来调节流量。3.（6分） 离心泵的扬程和升扬高度有什么不同？ *答案* 离心泵的扬程是指泵给以单位重量液体的有效能量、 液体获得能量后，可将液体升扬到一定高度Z，而且还要用于静压头的增量P/g和动压头的增量u/2g及克服输送管路的损失压头，而升扬高度是指将液体从低处送到高处的垂直距离，可见，升扬高度仅为扬程的一部分，泵工作时，其扬程大于升扬高度。4.（8分）当离心泵启动后不吸液，其原因主要有哪些？ *答案* 不吸液的原因可能是：由于灌液不够 或底阀不严密而漏液，使泵内存有空气；由于底阀或吸入管路 堵塞；安装高度过高；电机接线不正确致使叶轮反转等。5.（8分）按图写出离心泵开泵及停泵操作程序。 *答案* 开泵：关闭阀B一打开阀A一灌液一关闭阀A一启动键K一全开阀B一调节阀A至合适流量。 停泵：关闭阀A一关闭阀B（若长期停泵可不关，以便放完管路中的液体）一按停止电键K6.（18分）不同类型的离心泵，其Q-H曲线的形状不同，有的较平（如图A线），有的较陡（图中B线），问：（1）当用离心泵来输送含有泥浆的液体，其部分泥浆会在管道内沉积，在此种情况下，宜选哪一类型Q-H线的离心泵才能避免流量发生过大的波动？（2）若用出口阀调节流量，对于哪一种形状的Q一H线离心泵较 为理想？ *答案* （1）选用QH线较陡的泵（即图中的B线），设曲线I为原来的管路特性曲线；曲线II为后来（阻力增大）的管路特性曲线，从图中可看出对A泵来说，工作点由M1变为M2对应的流量由Qm1到 Q m2；对B泵来说工作点由C1变到C2对应的流量由Qc1到 Qc2两泵流量变化（皆变小）的幅度B泵<A泵即（Qm1- Q m2)<( Qc1- Q c2)（2）对调节流量来说，A泵较好，而调节流量较为灵敏（变化幅度较大），由图中工作点变化可知。四、计算题：1.（10分） 将20的水由水池打至一敞口高位槽中，槽内的水面与水池内的水面的垂直距离为31.6m。管路总能量损失为50J/kg，流量为20m3/h，试求理论功率为多少kw？ *答案* Z112/2P1/eZ222/2P2/+Wf Z10，Z231.6m，P1P2，10，20， Wf50/kg eZ2Wf9.81×31.6503 60/kg ms20/3600×10005.556kg/s; Ne ms360×5.5562000/s2kw2.（16分）如图所示输水系统。已知:管路总长度(包括所有局部阻力当量长度) 为100m，从压力表至高位槽所有管长（包括所有局部阻力当量长度）为80m,管路摩擦系数=0.025，管子内径为0.05m，水的密度=1000kg/m3,泵的效率为0.8,输水量为10m3/h，求:(1)泵轴功率N轴=?(2)压力表的读数为多少kgf/cm2*答案* N轴=Ne/ ,Ne=ms·We ,ms=10×1000/3600=2.778kg/s We-泵对单位质量流体所做的有效功。 选取1-1与2-2截面，并以 1-1截面的基准面。在两截面间做能量衡算：Z112/2P1/HeZ222/2P2/+hfZ1=0 Z2=2+18=20m p1=p2=0 10，20，We=g·Z2+hf hf=(L/d)(u2/2)u=(V/3600)/(/4)d2 =(10/3600)/(0.7852 ×0.052)=1.415m/s hf=0.025×(100/0.05)(1.4152/2)=50.06J/kg; We=9.81×20+50.06=246.25J/kg Ne=Ms·We=2.778×246.25=684J/s; N轴=Ne/0.8=684/0.8=855W再就3-3与2-2截面做能量衡算，并取3-3为基准面 gZ3+(p3/)+(u32/2)=gZ2+(p2/)+(u22/2)+hfZ3=0 Z2=18 p2=0 u2=0p3/=gZ2+hf -(u32/2) =9.81×18+(l/d) (u32/2) -(u32/2) =176.58+0.025(80/0.05)×(1.4152/2)-(1.4152/2) =176.58+40.04-1.0=215.62J/kg ; P3=×215.62=215620N/m2 P3=215620/(9.81×104)=2.198kgf/cm2 (表)3.（18分）如图3B57离心泵将20的水由敞口水池送到一压力为2.5at的塔内,管径为108×4mm管路全长100m(包括局部阻力的当量长度，管的进、出口当量长度也包括在内)。已知：水的流量为56.5m3/h，水的粘度为1厘泊，密度为1000kg/m3，管路摩擦系数可取为0.024，试计算并回答：(1)水在管内流动时的流动形态；(2)管路所需要的压头和功率； *答案* 已知：d=108-2×4=100mm=0.1mA=(/4)d2=3.14×(1/4)×0.12=0.785×10-2m2l+le=100m Q=56.5m3/h u=Q/A=56.5/(3600×0.785×10-2)=2m/s=1cp=10-3Pa·S =1000kg/m3 =0.024 Re=du/=0.1×2×1000/10-3=2×105>4000; 水在管内流动呈湍流 以1-1面为水平基准面,在1-1与2-2面间列柏努利方程：Z112/2P1/HeZ222/2P2/+hfZ1=0 u1=0 p1=0(表压) Z2=18m u2=0; P2/g=2.5×9.81×103/(1000×9.81)=25m hf =(l+le )/d(u2/2g) =0.024×(100/0.1)×22/(2×9.81)=4.9m;He=18+25+4.9=47.9m Ne=HQg=47.9×1000×9.81×56.5/3600=7.4kw4.（20分）如图所示，用离心泵将水从贮水池输送到敞口高位槽中，已知高位槽的水面离贮水池的水面高度保持为10m，输送水量用孔板流量计测得。孔板安装在离高位槽水面0.8m处, 孔径为20mm，孔流系数为0.61。管路为57×3.5mm的钢管，直管长度和局部阻力当量长度之和(包括孔板局部阻力当量长度)为250m，其中贮水池至孔板前测压点A的直管长度和局部阻力当量长度之和为50m 。水的密度为1000kg/m3，水的粘度为1cp,摩擦系数近似为=0.3164/Re0.25。U形管中指示液均为水银,其密度为13600kg/m3。当水的流量为6.86m3/h时，试确定：(1)水通过泵所获得的外加能量为多少? (2)在孔板前测压点A处安装的U形管压力计中指示液读数R1为多少? 孔板流量计的U形管中指示液读数R2为多少? *答案* u=Vs/(0.785d2)=6.86/(0.785×0.052×3600)=0.971m/sRe=0.05×0.971×1000/(1×10-3)=48550=0.3164/Re0.25=0.1364/485500.25=0.0213取贮水池液面为1-1截面,高位槽液面为2-2截面,列柏努利方程式：Z1g+p1/+u12/2+We= Z2g+p2/+u22/2+h(f 1 2) W=Z2g +h(f 1 2)= Z2g +(l+le )/d(u2/2)=10×9.81+0.0213×(250/0.05)×(0.9712/2) =98.1+50.2=148.3J/kg以A点为2-2截面, 在1-1与2-2截面间列柏努利方程式Z1g+p1/+u12/2+We= Z2g+p2/+u22/2+h(f 1 2) (p2-p1)/=(pA -pa )/= We - Z2g -(u2/2)-(l+le )/d(u2/2)=148.3-9.2×9.81-0.9712/2-0.0213(50/0.05)(0.9712/2)=148.3-90.252-0.4714-10.04=47.53J/kg;pA -pa =47.5366×1000=47.53×103N/m2R1=(pA -pa )/g(o -) =47.53×103/9.81×(13600-1000)=0.3846m=38.46cm根据Vs=CoAo2gR2 (o -)/; R2=(Vs/CoAo)/2g(o -)式中: Co=0.61, Ao=0.785×0.022=3.14×10-4m2;Vs=6.86/3600m3/s, R2=(6.86/3600)(1/(0.61×3.14×10-4)×1000/2×9.81×(13600-1000)=0.4m =40cm5.（12分）欲用离心泵将20水以30m3/h的流量由水池打到敝口高位槽，两液面均保持不变，液面高差为18m，泵的吸入口在水池液面上方2m处。泵的吸入管路全部阻力为1mH2O柱，压出管路全部阻力为3mH2O柱，泵的效率为0.6，求泵的轴功率。若已知泵的允许吸上真空高度为6m，问上述安装高度是否合适？（动压头可忽略）。水的密度可取1000kg/m3。 *答案* 如图取11，22截面，并以11截面为基准面，列柏努里方程得：HZh f( 1 2)181322mN轴QH/（102） (30/3600)×22×1000/(102×0.6)3kw Hg允Hs允u2/2hf吸615m2m Hg实Hg允 安装高度合适。6（15分）如附图所示，计划在蓄水池A的一侧安装一台离心泵，将水输送至列管换热器B的壳程内作冷却用，要求水的流量为18m3/h，水自换热器出来后流进高位水槽C中，回收他用。已知：（1）蓄水池A水面标高3m，高位槽C处进水管末端标高23m；（2）输水管为60×3.5mm的钢管；（3）管路部份的压头损失hf19×u2/（2）mH2O，换热器B壳程的压力损失P73.6×u2/（2）kN.m-2；（式中，u为管内流体流速，m/s）水1000kg/m3 今库存有一台2B31型离心泵，其性能参数如下表所示，试核算选用此泵是否合适。流 量扬程轴功率允许吸入真空度 m3/hmkwm10 34.51.878.72030.82.607.230243.075.7本题目有题图：titu066.bmp *答案* 选择计算截面11，22面如题图所示；地平面为基准面。uVs/A18/3600/（(/4)(0.06-2×0.0035）22.27m/sZ1P1/u12/2He Z2P2/u22/2hf P1P2 ;u10He （23-3）(2.272/(2×9.81)19×2.272/(2×9.81)73.6×2.272/(2×9.81)×1000/(1000×9.81) 27.2mH2O由2B31型离心泵特性曲线图查得：Q18m3/h, He 31.5m（27.2m）且62，而m a x 65;65×9058.5（62） 故此泵通用。7（15分）如图所示输水系统，管长、管径(均以m计) 和各局部阻力的阻力系数均标于图中。直管部分的值均为0.03。求： (1）以流量Q m3/min和压头He (m)表示的管路特性曲线方程, (2）输水量为15m3/h时，要求泵提供的有效功率（以kw计） *答案* （）u1（d2/d1）2u20.64 u2;Qu2 (/4)d2×601.884 u2或u20.531Q u10.34Q e 20 +(3+0.2+0.03×20/0.25) u12/2g + (2×0.2+0.5+1+0.03×260/0.2) u22/2g 20+0.286 u12+2.086 u22 20+0.0331Q+0.5882Q20 + 0.62Q（） Q15/600.25 m3/min He 20+0.62×0.2520.04m Ne QHe /600.25×20.04×1000×9.81/60 819 w 0.819kw7.（20分）欲用离心泵在两敞口容器间输液, 该水泵铭牌标有：流量 39.6m3/h，扬程15m，轴功率2.02kw,效率80%，配用2.8kw电机，转数1400r/min。 今欲在以下情况使用是否可以？如不可时采用什么措施才能满足要求（要用计算结果说明）（1）输送比重为1.8的溶液，流量为38m3/h，扬程15m, （2）输送比重为0.8的油类，流量为40m3/h，扬程30m, （3）输送比重为0.9的清液，流量为30m3/h，扬程15m *答案* （1） 电动机功率不够 N38/3600×15×1800/(102×0.8)3.5kW 换大电机 （2） 扬程不够 H/H' （n/n'）2; 15/30（1400/' ） ' 1980 增加1980转/分。检查功率： N/N' （n/n'）3 2.02/N' （1400/1980）3 N' 5.72 kw 换一电机功率为5.72Kw，1980转/分。（3）可以使用。通过关小出口阀调节至工作点。8.(8分)有一台离心泵，铭牌上标出允许吸上真空度Hs5m，用来输送20的清水，已知吸入管路的全部阻力损失为1.5mH2O,当地大气压为10mH2O，若略去泵入口处的动压头。试计算此泵的允许安装高度Hg为多少米？ *答案* Hg Hs u2/2hf 51.5 3.5m实际安装高度H实3.5-0.5=3.0m9（16分） 图示为n=960转/分的离心通风机的特性曲线。如用此风机向锅炉输送空气，已知管路特性曲线方程为H=5Q2(H的单位为mmH2O, Q的单位m3/s)问：（1）风机的送风量为多少m3/h?消耗的轴功率为多少kw？（2）若想使风量变为5.5m3/s,你认为可采取什么措施？ *答案* （1）送风量Q及轴功率N由管路特性曲线方程H=5Q2列表作图。Q m3/s 0 2 3 3.5 4H mmH2O 20 45 61.3 80由两线交点读得：送风量Q=3.6 m3/s风压H=64mmH2O效率=0.4轴功率：N=QH/=3.6×64×9.807/（0.4×1000）=5.65kW (2)使风量变为5.5 m3/s，可采用提高转速的措施Q2/Q1=n2/n1n2=Q2/Q1n2=5.5/3.6×960=1500rpm即将转速提高到1500rpm。10如图所示的输水系统，已知管内径为d=50 mm，在阀门全开时输送系统的（l+le）=50 m，摩擦系数可取0.03, 泵的性能曲线在流量为6m3/h至15m3/h范围内可用下式描述: H=18.920.82Q0.8, H为泵的扬程m, Q为泵的流量m3/h。问: (1) 如要求输送量为10 m3/h, 单位质量的水所需外加功为多少? 此泵能否完成任务?(2) 如要求输送量减至8 m3/h(通过关小阀门来达到), 泵的轴功率减少百分之多少?(设泵的效率变化忽略不计)。 解：（1）在两水面间列伯努利方程：11用一台离心泵将20清水从敞口水池送入吸收塔顶部。己知：吸牧塔顶部的压力表读数为150kPa,输送管出口处比水池液面高12 m；输送管用76×3mm无缝钢管，管全长为45m （包括阀门等管件的当量长度），摩擦系数由下式确定：l 0.01227十0.7543Re0.38在流量为2030m3/h范围内，所用离心泵的特征曲线可表征为：H30.80.82Q0.8式中：H为泵的扬程，m；Q为泵的流量，m3/h。试求：1)要求达到26m3/h的输水量，该泵能否完成此输送任务?计算说明之。2)若单泵不能完成此输送任务，现将两台型号相同的泵串联起来操作是否可行?计算说明之。第 21 页