第二章化工原理习题.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流第二章化工原理习题.精品文档.1. 如图2-1用离心泵将20的水由敞口水池送到一压力为2.5atm的塔内，管径为1084mm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56.5m3h-1，水的粘度为10-3 PaS，密度为1000kgm-3，管路摩擦系数可取为0.024，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；解：已知：d = 108-24 = 100mm = 0.1mA=(/4)d2 = 3.14(1/4)0.12 = 0.78510-2 ml+le =

2、100m qv = 56.5m3/h u = q/A = 56.5/(36000.78510-2) = 2m/s = 1cp = 10-3 PaS =1000 kg.m-3, = 0.024 Re = du/=0.121000/10-3 = 2105 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： Z1 +(u12/2g)+(p1/g)+H=Z2+(u22/2g)+(p2/g)+HfZ1=0, u1=0, p = 0 (表压), Z2=18m, u2=0 p2/g=2.59.81104/(10009.81)=25m Hf =(l+le )/d(u2/2

3、g) =0.024(100/0.1)22/(29.81) = 4.9mH = 18+25+4.9 = 47.9m Ne = Hqvg = 47.910009.8156.5/3600 = 7.4kw2. 采用IS80-65-125水泵从一敞口水槽输送60热水。最后槽内液面将降到泵人口以下2.4m。已知该泵在额定流量60m3/h下的(NPSH)r为3.98m，60水的饱和蒸汽压Pv为19.92kpa、为983.2kg/m3，泵吸入管路的阻力损失为3.0m，问该泵能否正常工作。解：该泵不能正常工作。说明安装高度偏高。3. 用泵将苯和甲苯的混合物送到精馏塔，精馏塔操作压强为0.5at，原料槽压强为0.

4、1at。管路总长为20（包括全部局部阻力的当量长度），管路直径为50mm，摩擦系数为0.02。密度为800kg3。离心泵的特性曲线可表示为e201.12105V 2，式中V以3/s表示。试求原料输送量及泵的理论或有效功率为多少？答：管路特性曲线: He=8+(0.5-0.1)9.81104/(8009.81) +80.0220V 2/(29.810.055) =13+1.06105V 2=20-1.12105V 2 V=5.6710-3m3/s He=20-1.12105(5.6710-3)2=16.4m Ne=HeVg=16.45.6710-38009.81=729.8 w4以某离心泵自敞口

5、水槽输水至塔内。升扬高度10m，泵的特性:He=40-7.204V2(He-m , V-m3/s)。塔内的p为1at (表).流量为11 L/s.若用此泵改输=860kg/m3的油品,阀开启度、管路、液位差及P值不变,问:油品流量及离心泵的有效功率为多少? 答：(1)输水:V = 11L/s时,He = 40-7.2104(11/1000)2 = 31.3 m管路特性:He= (z2-z1)+(p2-p1)/(g)+KV 2,又 He= He 即 31.3=10+10+K(11/1000)2 K = 9.34104 m/(m3/s)2 (2)输油品:泵的特性:He = 40-7.2104V 2

6、管路特性:He= 10+10/0.86+9.34104V 2 由He = He 解得 V = 0.0105 m3/s 则 He = 40-7.21040.01052 = 32.1m Ne = HeVrg = 32.10.01058609.81 = 2.84103W5.用离心泵输水在n = 2900 r/min时的特性为He = 300.01V 2，阀全开时管路特性为 He= 100.04V 2 (二式中He、He-m , V-m3/h)。试求：(1)泵的最大输水量。(2)要求输水量为最大输水量的75%，且采用调速方法，泵的转速为多少？答：(1) 泵：He = 300.01V 2 管路：He=1

7、0+0.04V 2 He = He，解得 V= 20m3/h (2) V =0.75 V=15 m3/h 离心泵的比例定律为：V / V=n/2900，He/He=(n/2900)2 令调速后转速为n r/min He=()2He V= 泵: (29002/n2) He=30-0.01(29002/n2)V2 又因为管路曲线不变，又知流量可以求出压头：He= 10 + 0.04V 2 = 10 + 0.04152=19 m He = He 变速后的泵的特性方程中压头、流量已知，只有n为未知数。即可求得：调速后的转速为2441 r/min。 6.有两台型号相同的离心泵，单泵性能：He=428.7

8、105V2 (He-m，V-m3/s)。当此二泵串联操作，可将5.53L/s的水由低位槽输至高位槽。两槽皆敞口，两槽水位高度差12.5m。输水管终端浸没于水槽水中。问：若此二泵改为并联，水流量为多少？答：(1) 二泵串联： 泵：He = 2(42-8.7105V 2) = 84-17.41050.005532= 30.79m 管路：He= H0+KV 2 = 12.5+K0.005532= 30.79m K = 5.98105 m/(m3/s)2(2)二泵并联： 泵：He = 42-8.7105(V/2)2 管路：He= 12.5+5.98105V2 He = He 解得V = 6.0110-

9、3 m3/s = 6.01L/s7.用离心泵向水洗塔送水,在泵出口阀全开时,管路特性曲线方程为: H =20+1.1105V 2 式中:V -管路中的流量,m3/s在V=0.013m3/s流量下,泵提供的扬程为45m。为适应泵的特性,将泵出口阀关小以增加管路阻力。试求:因增加阻力而多消耗的功率,并写出关小阀门后管路的特性曲线方程。答： H=20+1.1105V2=20+1.11050.0132=38.59m H=He-H=45-38.59=6.41m 增加局部阻力多消耗的功率为: Ne=VgH=0.01310009.816.41=817.5w 关小阀门后管路特性曲线方程为: 5分 H =20+

10、k V 2 45=20+k (0.013)2解 k =1.479105 H =20+1.479105V 2 V -m3/s8、用20清水测定某台离心泵性能时，在转速为2900r/min下，得到的试验数据为：流量12.5L/s，泵出口处压强表读数为255Kpa，泵入口处真空表读数为26.66Kpa，两测压点的垂直距离为0.5m，功率表测得电机所耗功率为6.2Kw，泵由电机直接带动，传动效率可视为1，电机效率为0.93，泵的吸入管路与排出管路的管径相同。求：(1)该泵的效率；（2）列出泵在该效率下的性能。答案与评分标准（1）求 解：求泵的压头H。 以真空表和压强表所在的截面为1-1和2-2，列出以

11、1N为衡算基准的柏努力方程式：（2分） （2分）确定各量：z2z10.5m，u1=u2，p1=-26.66Kpa（表压），p2=255Kpa（表压），因两测压口距离短，故Hf1-20。（1分） 各量代入后可求出：H0.5+029.21m （2分）求泵的轴功率N：已知N电机6.2Kw，电机0.93，传1N轴 （1分）求泵的效率：（2分）（2）列出该泵的主要性能：n2900r/min，Q12.5L/s，H29.21m，N5.77Kw，62.1。 （1分）9、某离心泵性能实验中，当泵入口处真空表读数为56KPa时，恰好出现气蚀现象，求在操作条件下的气蚀余量NPSH和允许吸上真空度Hs。当地大气压为1

12、00KPa，20时水的饱和蒸气压为2.238KPa。动压头可忽略。答案与评分标准解：（1）求气蚀余量NPSH可根据定义式：（2分）其中，p11005644KPa （2分）题给：，动压头可略，则 （1分）则： （1分）（2）求允许吸上真空度Hs。 （2分）10、某车间用3B33型离心泵将敞口贮槽中的水送至它处，槽内水位恒定，输送量为4555m3/h，在最大流量下吸入管路的压头损失为1m，液体在吸入管路中的动压头可略。泵安装地区的大气压为9.81104Pa。3B33型离心泵的部分性能数据如下表。求：（1）输送20清水时泵的安装高度。（2）若改为输送65清水时，泵的安装高度。流量Q（m3/h）压头H

13、（m）转速n（r/min）Hs（m）30455535.632.628.829007.05.03.0答案与评分标准解：（1）输送20清水时，泵的安装高度可由下式计算： （2分），题给：且由泵的性能看出Q升高、Hs下降，应以最大输送量55m3/h所对应的Hs值（3m）来确定泵的安装高度。且本题中输送条件与泵出厂时实验条件相符，故（2分）代入上式可得：。泵的实际安装高度还应比2m低（0.51m）。（2）输送65水：应按此式校正：（2分）。有关量的确定：，查附录65水的，密度，（2分）代入上式得： （1分）而，实际安装高度还应比-0.295m低（0.51m）。Hg为负值，表示泵应安装在液面下。11、如

14、图所示，某车间要将地面敞口贮槽内密度为1120Kg/m3的溶液送至高位槽内，槽内表压强为3.92104Pa，需要的送液量为120 m3/h，输送管路为1404.5mm的钢管，其计算总长度为140m（包括直管长度和所有局部阻力的当量长度），两液面高度差z11m，摩擦系数为0.03。试问能否送用n2900r/min、Q132m3/h、H30m的离心水泵？答案与评分标准解：（1）必须计算出输送系统所需的流量、压头与离心泵的Q、H进行比较后才能确定能否选用该泵。在图（2分）中1-1与2-2间列 式：（2分）（2）各量确定：z11m，u0，(表压) （2分） （2分）（3） 求He。把以上各值代入，可得

15、： （1分）（4） 确定能否选用。 输送系统所需的流量Qe120 m3/h，压头He24.54m，而离心泵能提供的流量Q132 m3/hQe，提供的压头30mHe；且溶液的性质与水相近，故能选用该水泵。（3分）12、离心泵在一定输送流量范围和转速下，压头和流量间关系可表示为H252.0Q2（式中H单位为m，Q单位为m3/min）。若将该泵安装在特定管路内，该管路特性方程可表示为。（式中H单位为m，Qe为m3/min）。试求：（1）输送常温下清水时，该泵的流量、压头和轴功率。 （2）输送密度为1200Kg/m3的水溶液时，该泵的流量、压头和轴功率。假设该泵的效率为60。答案与评分标准解：根据离心

16、泵的工作点定义可得：， （1分）（1） 求输送常温下清水时，该泵的性能。由可得：，即，解出Q1.138m3/min=68.3m3/h=0.019m3/s。（2分） （2分） （2分）（2）求输送密度为1200Kg/m3的水溶液时，该泵的性能。当输送液体的密度改变时，泵的流量和压头不变。故：， （2分）而轴功率发生变化，13、用离心泵将敞口水池内的水送到常压高位槽，两槽液面位差为8m，液面保持恒定。特定管路的压头损失可表示为（Qe的单位是m3/s）。在特定转速下泵的特性方程为（Q的单位为m3/s）。求该条件下水的流量为多少m3/h。答案与评分标准解：（1）据离心泵工作点的定义可得：QQe，HHe

17、。（1分）（2） （2分）（3）HHe可得：，即可解出： （3分）14、在某特定管路系统中，用离心泵输送清水。当泵的出口阀全开时，管路特性方程为（Qe单位是m3/s）。现关小阀门调节流量，当泵的流量为0.012m3/s时，对应的压头为44m。试求：（1）关小阀门后的管路特性方程。（2）关小阀门造成压头损失占泵提供压头的百分数。答案与评分标准解：（1）求关小阀门后的管路特性方程。本题中，K不发生变化，而B值因关小阀门而变大。关小阀门后离心泵特性不变。（1分），K、Q、H值代入管路特性方程，可得：，即可解出 （2分），故关小阀门后管路特性方程为： （1分）（2） 流量为0.012m3/s时，原管路

18、所要求的压头为： （2分）故关小阀门多耗的压头为： （1分）关小阀门造成的压头损失占泵提供压头的百分数为：15、某造纸厂抄纸车间一台扬克式纸机，原生产邮封纸，所配置得白水泵（离心水泵）其流量为Q20m3/h，扬程H为31m，轴功率N为2.6Kw，配套电机4.5Kw。现因市场变化，该纸机转产卫生纸，白水泵流量比原来下降10，扬程下降20。若不更换泵，而将原白水泵叶轮外径切割5，其它尺寸不变，改用3Kw电机拖动。问此方案是否可行？答案与评分标准解：据离心泵得切割定律，可算出叶轮外径切割5后，泵的Q、H和N：（1）由得： （1.5分）（2）由得：（1.5分）（3）由得： （1.5分）又因N2.6Kw

19、，则 （1分）取安全系数为1.2倍来配套电机，则所需配套电机功率为 （1.5分）（4）由计算结果知，原水泵叶轮外径切割5后，流量、扬程、所配电机功率都适用，故此方案可行。（1分）16、一常压贮槽，内盛有粘度不大的油品，今拟用一离心油泵将其以15m3/h的流量送往表压为150KPa的高位槽内。输送管路为的钢管，在输送条件下，该油品的密度为760Kg/m3，饱和蒸气压为79.8KPa。升扬高度为5m，吸入管路和排出管路的压头损失分别为1m和4m。求：（1）选择一台合适的离心泵油泵。（2）确定该泵的安装高度。答案与评分标准解：（1）选离心油泵 题给：Qe=15m3/h，而 （3分） 据Qe15m3/

20、h，He30.12m查上册教材附录24 （P303）选65Y60B型离心油泵合适。其性能为：流量19.8m3/h，扬程38m，转速2950r/min，轴功率3.75Kw，电动机功率5.5Kw，效率55，气蚀余量2.6m。（3分）（2）确定安装高度该油泵的气蚀余量，则有： （3分）为安全起见，该泵的实际安装高度应比（-0.712m）要低0.51m。（1分）17、用离心泵从敞口贮槽向表压为9.81104Pa的密闭高位槽输送清水，两槽液面恒定，其间垂直距离为15m。管径为 ，管长（包括流动系统所有局部阻力的当量长度）为120m，流动在阻力平方区，摩擦系数为0.015，流量为40m3/h.。求：（1）

21、管路的特性方程式；（2）泵的升扬高度与管路所需的压头。答案与评分标准解：（1）管路特性方程： 水的密度取1000Kg/m3。 （1.5分） （3分） 可得管路特性方程为：（Qe单位为m3/s）（2）求泵的升扬高度与所需的压头： 泵的升扬高度即为两液面位差： （1分） 管路所需得压头He：代入Qe40m3/h，可得： （1.5分）18、某单动往复压缩机压缩绝热指数为1.4的气体，吸入压强为101.33KPa，体积为500m3，初温为10；压出气体压强为380KPa。压缩机得实际排气量为10 m3/min，假设气缸的余隙系数为5，求（1）压缩后气体的稳定T2和体积V2。（2）压缩机的容积系数0和理

22、论功率Nd（此过程假设为绝热压缩）答案与评分标准解：（1）求T2和V2对于绝热压缩过程： （2分）求V2可用理想气体状态方程式：所以 （3分）（2）求0和Nd （2分）求Nd压缩机绝热压缩得理论功率（3分）填空或选择题1、离心泵的主要性能参数有（1） 、（2） 、（3） 、（4） 、（5） 等。答案与评分标准（1）流量 （2）压头 （3）轴功率 （4）效率离心泵安装在一定管路上，其工作点是指-答案与评分标准泵的特性曲线和管路特性曲线的交点。（2分）离心泵的压头（又称扬程）是指 ，它的单位是 。答案与评分标准泵对单位重量（1N）液体所提供的有效能量（3分） m （1分）若被输送的粘度大于常温下清

23、水的粘度时，则离心泵的压头 、流量 、效率 、轴功率 。 答案与评分标准减小，减小，下降，增大 （每个1分，共4分）离心泵将低位敞口水池的水送到高位敞口水槽中，若改送密度为1200Kg/m3,而其他性质与水相同的液体，则泵的流量 、压头 、轴功率 。答案与评分标准不变，不变，增大 （每空1分，共3分）管路特性曲线的形状由 和 来确定，与离心泵的性能 。答案与评分标准管路布置，操作条件，无关 （每空1分，共3分）离心泵气蚀余量的定为 。答案与评分标准 （2分）当液体的密度改变时，离心泵的压头H和轴功率N的变化为（ ）A、H、N均不变 B、H不变，N改变C、H改变，N不变 D、H、N均改变答案与评

24、分标准（B） （2分）下列两设备，均须安装旁路调节流量装置（ B ）A、离心泵与往复泵 B、往复泵与齿轮泵C、离心泵与旋涡泵 D、离心泵与齿轮泵离心泵的轴功率是（ ）A、在流量为零时最大 B、在压头最大时最大C、在流量为零时最小 D、在工作点处最小答案与评分标准（C） 离心泵的效率与流量Q的关系为（ ）A、 Q增大则增大 B、Q增大，先增大后减小C、Q增大则减小 D、Q增大，先减小后增大答案与评分标准（B） （2分）离心泵的必需气蚀余量hr与流量Q的关系为（ ）A、Q增大，hr增大 B、Q增大，hr减小C、Q增大，hr不变 D、Q增大，hr先增大后减小答案与评分标准（A） （2分）往复泵适用于

25、（ ）A、大流量且要求流量均匀的场合 B、介质腐蚀性强的场合C、流量较小，压头较高的场合 D、投资较小的场合答案与评分标准（C）说明离心泵叶轮的构造和作用。答案与评分标准答：叶轮的构造：它是由若干弯曲的叶片构成。（1分）作用：将原动机的机械能直接传给液体，使液体的静压能和动能均有所提高。（2分）（共3分）用简单语言来说明离心泵的工作原理。答案与评分标准答：离心泵的工作原理是依靠高速旋转的叶轮，泵内液体在惯性离心力作用下，自叶轮中心被甩向外界并获得能量，最终体现为液体静压能的增加。（4分）为什么在启动和停止离心泵前，必须先关闭出口阀？答案与评分标准答：启动离心泵前应关闭出口阀，以减小启动电流，保

26、护电机。（2分）停泵前先关闭出口阀是为防止高压液体倒流入泵损坏叶轮。（2分）简述气蚀现象发生的原因及防止气蚀发生的有效措施。答案与评分标准答：气蚀现象发生的原因是叶轮入口附近处液体的绝对压强等于或低于该液体在工作温度下的饱和蒸气压。（2分）有效措施是通常根据泵的抗气蚀性能，合理地确定泵的安装高度。（2分）简述离心泵有哪些种流量调节方法？常用哪一种？答案与评分标准答：离心泵流量调节方法有：（1）改变泵出口阀门开度；（1分） （2）改变泵的转速； （1分） （3）减小叶轮直径。（1分）生产中常用第（1）种方法。（1分）简述选用离心泵的一般步骤。答案与评分标准答：一般步骤如下：（1）根据输送液体的性质和操作条件，确定离心泵的类型。（1分）（2）确定输送系统的流量Qe和压头He。（1分）（3）选择泵的型号，要求QQe，HHe，且效率较高（在高效区）（2分）（4）核算泵的轴功率。（当液水时）（1分）