化工原理(第四版)习题解_第二章_流体输送机械.pdf

.第二章第二章流体输送机械流体输送机械离心泵特性离心泵特性【2-12-1】某离心泵用】某离心泵用 1515的水进行性能实验，水的体积流量为的水进行性能实验，水的体积流量为540m540m/h/h，泵出口压力表，泵出口压力表读数为读数为 350kPa350kPa，泵入口真空表读数为，泵入口真空表读数为30kPa30kPa。若压力表与真空表测压截面间的垂直距离为。若压力表与真空表测压截面间的垂直距离为350mm350mm，吸入管与压出管内径分别为，吸入管与压出管内径分别为350mm350mm 及及 310 mm310 mm，试求泵的扬程。，试求泵的扬程。解解水在水在 1515时时 995.7kg/m3，流量，流量qV 540m3/h压力表压力表pM 350kPa，真空表真空表pV 30kPa（表压）（表压）压力表与真空表测压点垂直距离压力表与真空表测压点垂直距离h0 0.35m管径管径d1 0.35m，d2 0.31m流速流速u1V24d123 3q540/36004(0.35)21.56m/s d 0.35u2u111.561.99m/sd0.3122pM pVu2u12扬程扬程 h0g2g2350103(30103)(1.99)2(1.56)2 0.35995.79.8129.81 0.3538.90.078 39.3m 水柱【2-22-2】原来用于输送水的离心泵现改为输送密度为】原来用于输送水的离心泵现改为输送密度为1400kg/m1400kg/m 的水溶液，其他性质可的水溶液，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：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)(1)泵的压头（扬程）有无变化；泵的压头（扬程）有无变化；(2)(2)若在泵出口装一压力表，其读数有无变化；若在泵出口装一压力表，其读数有无变化；(3)(3)泵的轴功泵的轴功率有无变化。率有无变化。解解 (1)(1)液体密度增大，离心泵的压头（扬程）不变。液体密度增大，离心泵的压头（扬程）不变。（见教材）（见教材）(2)(2)液体密度增大，则出口压力表读数将增大。液体密度增大，则出口压力表读数将增大。(3)(3)液体密度液体密度增大，则轴功率增大，则轴功率P qVgH3 33 3将增大。将增大。3 3【2-32-3】某台离心泵在转速为】某台离心泵在转速为1450r/min1450r/min 时，水的流量为时，水的流量为 18m18m/h/h，扬程为，扬程为 20m(H20m(H2 2O)O)。试。试求：求：(1)(1)泵的有效功率，水的密度为泵的有效功率，水的密度为1000kg/m1000kg/m;(2)(2)若将泵的转速调节到若将泵的转速调节到1250r/min1250r/min 时，泵时，泵的流量与扬程将变为多少？的流量与扬程将变为多少？解解 (1)(1)已知已知qV18m3/h,H 20m 水柱，1000kg/m3有效功率有效功率Pe qVgH 1810009.8120 981W3600.下载可编辑.(2)(2)转速转速n11450r/min时流量时流量qV118m3h，扬程，扬程H1 20m H2O柱柱转速转速n21250r/min流量流量qV2 qV1n212501815.5m3/hn1145022 n 1250 扬程扬程H2 H12 2014.9m H2O柱柱n14501管路特性曲线、工作点、等效率方程管路特性曲线、工作点、等效率方程【2-42-4】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】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98.1kPa98.1kPa，两槽，两槽液位相差液位相差 4m4m 且维持恒定。且维持恒定。已知输送管路为已知输送管路为 45mm45mm2.5mm，在泵出口阀门全开的情况下，整个输送2.5mm，在泵出口阀门全开的情况下，整个输送系统的总长为系统的总长为 20m20m（包括所有局部阻力的当量长度）（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，设流动进入阻力平方区，摩擦系数为 0.020.02。2在输送范围内该离心泵的特性方程为在输送范围内该离心泵的特性方程为H 286105qV（qV的单位为的单位为 m m/s/s，H H的单位为的单位为 m m）。水的密。水的密3 33 3度可取为度可取为 1000kg/m1000kg/m。试求：。试求：（1 1）离心泵的工作点；）离心泵的工作点；（2 2）若在阀门开度及管路其他条件不变的情况）若在阀门开度及管路其他条件不变的情况下，而改为输送密度为下，而改为输送密度为 1200 kg/m1200 kg/m 的碱液，则离心泵的工作点有何变化？的碱液，则离心泵的工作点有何变化？解解（1 1）管路特性方程）管路特性方程H H0kqV2p98.1103其中其中H0 z 43=14g10 9.813 3k 8l le820 0.02 3.231052525gd3.14 9.810.04故管路特性方程故管路特性方程H 143.23105qV2离心泵特性方程离心泵特性方程H 286105qV2两式联立两式联立286105qV2143.23105qV2得工作点下的流量与压头得工作点下的流量与压头qV 3.89103m3/s，H 18.92m（2 2）当改送密度为）当改送密度为 1200 kg/m1200 kg/m 的碱液时，泵特性方程不变，此时管路特性方程的碱液时，泵特性方程不变，此时管路特性方程p98.110312.3H0 z 412009.81g3 3流动进入阻力平方区，且阀门开度不变，则流动进入阻力平方区，且阀门开度不变，则k k不变。因此管路特性方程变为不变。因此管路特性方程变为H 12.33.23105qV2将该方程与泵特性方程联立将该方程与泵特性方程联立.下载可编辑.286105qV212.33.23105qV2得新工作点下流量及压头得新工作点下流量及压头qV 4.12103m3/s，H17.78m【2-52-5】在一化工生产车间，要求用离心泵将冷却水由贮】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，如习题水池经换热器送到另一敞口高位槽，如习题2-52-5 附图所示。附图所示。已知高位槽液面比贮水池液面高出已知高位槽液面比贮水池液面高出10m10m，管内径为管内径为 75mm75mm，管路总长（包括局部阻力的当量长度在内）为管路总长（包括局部阻力的当量长度在内）为400m400m。流体流。流体流动处于阻力平方区，摩擦系数为动处于阻力平方区，摩擦系数为0.030.03。流体流经换热器的局。流体流经换热器的局部阻力系数为部阻力系数为 32。离离心心泵泵在在转转速速n 2900r/min时的时的H qV特特性性曲曲线线数数据据见见下表。下表。qV/m3s1习题 2-5a 附图0 026260.0010.0010.0020.0020.0030.0030.0040.0040.0050.0050.0060.0060.0070.0070.0080.00825.525.524.524.52323212118.518.515.515.512128.58.5H/m试求：试求：(1)(1)管路特性方程；管路特性方程；(2)(2)工作点的流量与扬程；工作点的流量与扬程；(3)(3)若采用改变转速的方法，使第若采用改变转速的方法，使第(2)(2)问求得的工作点流量调节到问求得的工作点流量调节到3.5103m3。s，应将转速调节到多少？（参看例，应将转速调节到多少？（参看例2-32-3）解解已知已知d 0.075m,l le 400m,0.03,322(1)(1)管路特性方程管路特性方程H H0kqVH0 Z p100 10mH2Ogk 8l le452gdd840032 0.03 5.021052549.81(0.075)(0.075)2H 105.02105qV(2)(2)工作点的流量与扬程工作点的流量与扬程管路特性曲线的管路特性曲线的qV与与H H计算值如下计算值如下qV/m3s10 00.0010.0010.0020.0020.0030.0030.0040.0040.0050.0050.0060.0060.0070.0070.0080.008H/m101010.510.5121214.514.5181822.622.6282834.634.642.142.1工作点流量工作点流量qVA 0.0045m3/s，扬程，扬程HA19.8 m H2O.下载可编辑.(3)(3)将工作点流量从将工作点流量从qVA 0.0045m3/s调节到调节到qVC 0.0035m3/s，泵的转速应由，泵的转速应由2900r/min调节到多少？调节到多少？将将qVC 0.0035m3/s代入管路特性方程，求得代入管路特性方程，求得HC105.02105(0.0035)216.1 m H2O2等效率方程等效率方程H KqV系数系数K HC16.11.3110622qVC(0.0035)2得等效率方程得等效率方程H 1.31106qV等效率方程的计算值如下等效率方程的计算值如下qVm3s1 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.0045 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.0045H/m 0 1.31 5.24 11.8 21 26.5 0 1.31 5.24 11.8 21 26.5从从n 2900r/min的泵特性曲线与等效率曲线的交点的泵特性曲线与等效率曲线的交点D D，得到，得到qVD 0.004m3/s,HD 21 m H2O习题 2-5b 附图流量为流量为qVC 0.0035m3/s时的转速为时的转速为nC nDqVC0.0035 2900 2538r/minqVD0.004nDnC29002538100 100 12.5%nD2900转速变化小于转速变化小于 20%20%，效率基本不变。，效率基本不变。.下载可编辑.离心泵的并联及串联离心泵的并联及串联【2-62-6】若习题】若习题 2-52-5 第第 2 2 问改为两台泵并联操作，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。管路特性曲线不变，试求泵工作点的流量与扬程。解解习题习题 2-62-6 附图中点附图中点 A A 为工作点为工作点流量流量qV 0.0053m3/s，扬程，扬程H 23.7m水柱水柱【2-72-7】若习题】若习题 2-42-4 第第 2 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。量与扬程。解解习题习题 2-72-7 附图中点附图中点 A A 为工作点，为工作点，流量流量qV 0.0061m3/s，扬程，扬程H 30.02m水柱水柱习题 2-6 附图习题 2-7 附图离心泵的安装高度离心泵的安装高度【2-82-8】用型号为】用型号为IS6550125的离心泵，将敞口水槽中的水送出，吸入管路的压头损的离心泵，将敞口水槽中的水送出，吸入管路的压头损失为失为4m，当地环境大气的绝对压力为，当地环境大气的绝对压力为98kPa98kPa。试求：试求：(1)(1)水温水温 2020时泵的安装高度，时泵的安装高度，(2)(2)水温水温 8080时泵的安装高度。时泵的安装高度。解解已知环境大气压力已知环境大气压力p0 98kPa（绝压）（绝压）吸入管吸入管Hf 4m(H2O)，查得泵的汽蚀余量，查得泵的汽蚀余量 h=2m(1)20(1)20 的水，饱和蒸气压的水，饱和蒸气压pV 23.38kPa，密度，密度 998.2kg/m3最大允许安装高度为最大允许安装高度为p0 pV(9823.38)103Hg允许=hHf24 1.62mg998.29.81输送输送 2020水时，泵的安装高度水时，泵的安装高度Hg1.62m(2)80(2)80 的水，饱和蒸气压的水，饱和蒸气压pV 47.38kPa，密度，密度 971.8kg/m3.下载可编辑.最大允许安装高度为最大允许安装高度为p0 pV(9847.38)103Hg允许=hHf24 0.69mg971.89.81输送输送 8080水时，泵的安装高度水时，泵的安装高度Hg 0.69m【2-92-9】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 85kPa85kPa。在操作。在操作温度下液体的密度为温度下液体的密度为 850kg/m850kg/m，饱和蒸汽压为，饱和蒸汽压为72.12kPa72.12kPa。吸入管路的压头损失为。吸入管路的压头损失为1.5m1.5m，所选泵的，所选泵的允许汽蚀余量为允许汽蚀余量为 3.0m3.0m。现拟将泵安装在液面以下。现拟将泵安装在液面以下 2.5m2.5m 处，问该泵能否正常操作？处，问该泵能否正常操作？解解 泵的最大允许安装高度泵的最大允许安装高度p0 pV(8572.12)103Hg允许=hHf3.01.5 2.96mg8509.813 3而实际安装高度而实际安装高度H Hg g 实实2.5m Hg允，说明此泵安装不当，泵不能正常操作，会发生汽蚀现象。为，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保证泵的正常操作，泵应至少安装在液面下方 3.5m3.5m 或更低。或更低。【2-102-10】用离心泵输送用离心泵输送 8080热水，今提出如下两种方案（见习题热水，今提出如下两种方案（见习题2-102-10 附图）附图）。若两。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h 2m。试问这两。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。解解水在水在 8080时饱和蒸气压时饱和蒸气压pV 47.38kPa，密度，密度 971.8kg/m3，汽蚀余量，汽蚀余量h 2m，大气压力大气压力p0101.33kPa最大允许安装高度为最大允许安装高度为p0 pV(101.3347.38)103Hg允许=hHf2Hf 3.66Hfg971.89.81习题 2-10 附图第第(2)(2)方案的安装高度方案的安装高度Hg 7m，大于，大于Hg允许，不能完成输送任务。，不能完成输送任务。第第(1)(1)方案的安装高度方案的安装高度Hg 1m若若1 3.66Hf则则Hf 4.66m水柱时可以用。水柱时可以用。.下载可编辑.离心泵的选用离心泵的选用【2-112-11】用离心泵从江中取水送入贮水池内，池中水面高出江面】用离心泵从江中取水送入贮水池内，池中水面高出江面20m20m，管路长度（包，管路长度（包括局部阻力的当量长度）为括局部阻力的当量长度）为45m45m。水温为。水温为 2020，管壁相对粗糙度，管壁相对粗糙度2025m3/h。(1)(1)试选择适当管径；试选择适当管径；(2)(2)试选择一台离心泵。试选择一台离心泵。d=0.001。要求输水量为。要求输水量为解解 20 20 水的水的 998.2kg/m3,1.004103Pasl le 45m,d=0.001最大流量最大流量qV 25m3/h(1)(1)管径管径 d d从教材表从教材表 1-31-3 中选管路中水的流速中选管路中水的流速u 2.5 m sd qV425/3600u4 0.0595m 59.5mm2.5选公称直径选公称直径 65mm65mm 的低压流体输送用焊接钢管的低压流体输送用焊接钢管管径为管径为75.5mm3.75mm，内径，内径d 75.53.752 68mm最后计算流速最后计算流速u qV425/3600d241.91m/s(0.068)2此流速在表此流速在表 1-41-4 中的中的1.5 3.0m/s范围内范围内(2)(2)选离心泵选离心泵pu2Hf扬程扬程H Z g2gp 0,u2 0,Z 20 mRe du0.0681.91998.21.2910531.00410查得查得 0.0218l leu245(1.91)2Hf 0 0218 2.68 md2g0.06829.81扬程扬程H 202.68 22.68 m有效功率有效功率Pe qVgH 设泵的效率设泵的效率=0.65轴功率轴功率P Pe1.54=2.37 kW0.6525998.29.8122.68 1540W 1.54 kW3600选用离心泵选用离心泵IS6550160其其 流流 量量 范范 围围 为为1530m3/h，扬扬 程程 范范 围围 为为35 30m，转转 速速 为为2900r/min，轴轴 功功 率率 为为2.65 3.71kW，汽蚀余量，汽蚀余量h 2 2.5m。.下载可编辑.【2-122-12】有一台离心泵的额定流量为】有一台离心泵的额定流量为16.8m16.8m/h/h，扬程为，扬程为18m18m。试问此泵是否能将密度。试问此泵是否能将密度为为 1060kg/m1060kg/m，流量为，流量为 250L/min250L/min 的液体，从敞口贮槽向上输送到表压为的液体，从敞口贮槽向上输送到表压为30kPa30kPa 的设备中？的设备中？敞口贮槽与高位设备的液位垂直距离为敞口贮槽与高位设备的液位垂直距离为8.5m8.5m。管路的管径为。管路的管径为75.5mm3.75mm，管长为，管长为 124m124m（包括直管长度与所有管件的当量长度）（包括直管长度与所有管件的当量长度），摩擦系数为，摩擦系数为 0.030.03。解解流量流量qV 250L/min 流速流速u qV23 33 325060 15m3/h100015/36004d41.15m/s2(0.068)l leu2p压头压头H Z gd2g30103124(1.15)2 8.50.0315.1m液柱液柱10609.810.06829.81流量与压头都略小于额定值，该泵可以用。流量与压头都略小于额定值，该泵可以用。往复泵往复泵【2-132-13】有一台双动往复泵，其活塞的行程为】有一台双动往复泵，其活塞的行程为300mm300mm，活塞直径为，活塞直径为 180mm180mm，活塞杆直径，活塞杆直径为为 50mm50mm。若活塞每分钟往复。若活塞每分钟往复5555 次，其理论流量为若干？又实验测得此泵在次，其理论流量为若干？又实验测得此泵在26.5min26.5min 内能内能使一直径为使一直径为 3m3m 的圆形贮槽的水位上升的圆形贮槽的水位上升2.6m2.6m，试求泵的容积效率（即实际流量，试求泵的容积效率（即实际流量/理论流量）理论流量）。解解活塞行程活塞行程S 300mm 03 m，活塞直径，活塞直径D 0.18m，活塞截面积，活塞截面积A 活塞杆直径活塞杆直径d 0 05m，活塞杆截面积，活塞杆截面积a 活塞往复频率活塞往复频率n 55 1 min20 052)0 355 0.807m3/min理论流量理论流量qV理(2Aa)Sn (2018444D240.1824d24(0 05)2实际流量实际流量qV实4322.61 0 693m3/min26.5 qV实/qV理 0.693/0.807 0.859容积效率容积效率气体输送机械气体输送机械【2-142-14】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】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2020，风，风机出口的表压为机出口的表压为 230Pa230Pa，入口的真空度为，入口的真空度为 150Pa150Pa，送风量为，送风量为3900m3/h。吸入管与排出管的内。吸入管与排出管的内径分别为径分别为 300mm300mm 及及 250mm250mm，风机转速为，风机转速为1450r/min，所需轴功率为，所需轴功率为 0.81kW0.81kW。试求风机的全风。试求风机的全风压、静风压及全风压效率。压、静风压及全风压效率。解解已知风量已知风量qV 3900m3/h，吸入管内径，吸入管内径d1 0.3m，排出管内径，排出管内径d2 0.25m吸入管风速吸入管风速u13900/360015.3m/s22d1(0.3)44qV.下载可编辑.d 0.3 排出管风速排出管风速u2 u1115.3 22m/sd0.25222，p 101.325kPa下，空气密度下，空气密度=1.205kg/m3t 201.205(15.3)2进口动压进口动压pd1141Pa221.205(22)2出口动压出口动压pd2 292Pa222u2u12进口静压进口静压ps1 150Pa，出口静压，出口静压ps2 230Pa（ps1 Pd1）230292150140 532Pa全风压全风压pt(ps2 Pd2)静风压静风压pst pt pd2 532292 240Pa已知轴功率已知轴功率P 0.81kW 810W有效功率有效功率PeptqV5323900 576W36003600Pe576 0.711P810全风压效率全风压效率【2-152-15】仓仓库库里里有有一一台台离离心心式式通通风风机机，其其铭铭牌牌上上的的流流量量为为1.27103m3/h，全全风风压压为为1.569kPa1.569kPa。现现想想用用它它输输送送密密度度为为1.0kg/m3的的气气体体，气气体体流流量量为为1.27103m3/h，全全风风压压为为1.3kPa1.3kPa。试问该风机是否能用？。试问该风机是否能用？解解通风机铭牌上的风量与全风压是在标定条件通风机铭牌上的风量与全风压是在标定条件(20(20，101.325kPa)101.325kPa)下用空气测定的，下用空气测定的，标定条件下空气的密度为标定条件下空气的密度为1.2kg/m3。现在把气体在操作条件下的流量现在把气体在操作条件下的流量1.27103m3/h及全风压及全风压 1.3kPa1.3kPa 换算为标定条件下的风换算为标定条件下的风量量qV0及全风压及全风压pt0。qV01.271031.01.058103m3/h1.2pt01.31.21.56 kPa1.0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。机可以使用。【2-162-16】有温度为】有温度为 2525、流量为、流量为60m3/min的空气，从的空气，从101kPa压缩到压缩到505kPa（均为绝对（均为绝对压力）压力），绝热指数为，绝热指数为 1.41.4，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，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。功率，假设为理想气体。p 解解（1 1）T2T12p11505273251011.411.4 472K 199.下载可编辑.(2)(2)等温压缩等温压缩WisoRT1 p28.314298lnln(5)137.5kJ/kgMp1291.185 kg/m3,qV 60m3/min 1m3/s流量流量qm qVp 11.185 1.185kg/s功率功率PisoWisoqm137.51.185 163 kW(3)(3)绝热压缩绝热压缩WadkR1.48.314(472-298)174.6 kJ/kgT2T1k 1 M功率功率PadWadqm174.61.185 207kW.下载可编辑.0.429