化工原理第四版習題解流體輸送機械

1、第二章流體輸送機械離心泵特性【2-1】某離心泵用15C的水進行性能實驗，水的體積流量為540m3/h，泵出口壓力表讀數(shù)為350kPa，泵入口真空表讀數(shù)為30kPa。若壓力表與真空表測壓截面間的垂直距離為350mm，吸入管與壓出管內徑分別為350mm及310 mm，試求泵的揚程。解 水在 15 C 時=995.7kg/m3，流量 qV =540m3/h壓力表Pm =：350kPa,真空表Pv - ；OkPa （表壓）壓力表與真空表測壓點垂直距離h0 =0.35m管徑 di =0.35m, d2 =0.31m流速Uiqv540 / 3600= 1.56m /sU2=U1揚程二 24dic C L4

2、(0.35)=1.99m/sH = h0 - PmpvP2 2U2 -U12g36=0.35350 103 _(_30 103) (1.99)2 _(1.56)2995.7 9.812 9.81= 0.35 38.9 0.078 =39.3m 水柱【2-2】原來用于輸送水的離心泵現(xiàn)改為輸送密度為1400kg/m 3的水溶液，其他性質可視為與水相同。若管路狀況不變，泵前后兩個開口容器的液面間的高度不變，試說明：（1）泵的壓頭（揚程）有無變化；（2）若在泵出口裝一壓力表，其讀數(shù)有無變化；（3）泵的軸功率有無變化。解（1）液體密度增大，離心泵的壓頭（揚程）不變。（見教材）（2）液體密度增大，則出口壓

3、力表讀數(shù)將增大。（3） 液體密度 t增大，則軸功率P =% ： gH將增大?！?-3】某臺離心泵在轉速為 1450r/min 時，水的流量為 18m 3/h，揚程為 20m（H 2O）。 試求：（1）泵的有效功率，水的密度為1000kg/m 3； 若將泵的轉速調節(jié)到 1250r/min時，泵的流量與揚程將變?yōu)槎嗌?？?(1)已知 qV =18 m3 / h, H =20m 水柱，=1000kg/m3有效功率巳二qVTgH竺 1000 9.81 20 =981W3600(2)轉速 n1 =1450r/ m i 時流量 qv18m3/h，揚程 已=20m H2O柱轉速n2 =1250r /min流

4、量n21250= 15.5m3 / h揚程i n2H2 =H J 222O(250 】1450=14.9m HQ 柱管路特性曲線、工作點、等效率方程【2-4】用離心泵將水由敞口低位槽送往密閉高位槽，高位槽中的氣相表壓為98.1kPa，兩槽液位相差4m且維持恒定。已知輸送管路為45mrtt 2.5mm，在泵出口閥門全開的情況下，整個輸送系統(tǒng)的總長為 20m (包括所有局部阻力的當量長度)，設流動進入阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)為0.02。 在輸送范圍內該離心泵的特性方程為H =28_6xi05qJ ( qv的單位為m3/s, H的單位為m)。水的密度可取為1000kg/m3。試求：(1)離心泵的工作點；

5、(2)若在閥門開度及管路其他條件不變的 情況下，而改為輸送密度為1200 kg/m3的堿液，則離心泵的工作點有何變化？解 (1)管路特性方程H二H0kqv23Ap98.1 10其中H° 二 Az43=14Pg10 X9.81、8 丨 + He82 0k 25-二0 . 0 225 3.2 o 1 0Tt g d3.1 點 9.810.04故管路特性方程H =14 3.23 105qv2離心泵特性方程H =28-6 105qv2兩式聯(lián)立28 -6 105qv2 =14 3.23 105qv2得工作點下的流量與壓頭qv =3.89 10m3/s , H =18.92m(2)當改送密度為1

6、200 kg/m3的堿液時，泵特性方程不變，此時管路特性方程3u '人紳 丄 98.110c% = Az 412.3Pg1200 9.81流動進入阻力平方區(qū)，且閥門開度不變，則k不變。因此管路特性方程變?yōu)?2H =12.33.23 10 qv將該方程與泵特性方程聯(lián)立28 _6 105qV2 =12.33.23 105qV2得新工作點下流量及壓頭q V =4.12 10 -m3 /s , h' =17.78m【2-5】在一化工生產車間，要求用離心泵將冷卻水由貯水池經換熱器送到另一敞口高位槽，如習題2-5附圖所示。10m鮒帰已知高位槽液面比貯水池液面高出10m，管內徑為75mm，管

7、路總長（包括局部阻力的當量長度在內）為400m。流體流動處于阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)為0.03。流體流經換熱器的局部阻力系數(shù)為=32。cv / m3 s 丄00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008H /m2625.524.5232118.515.5128.5習題2-5a附圖離心泵在轉速n =2900 r / min時的H -qv特性曲線數(shù)據(jù)見 下表。試求：（1）管路特性方程；（2）工作點的流量與揚程；（3）若采用改變轉速的方法，使第（2）問求得的工作點流量調節(jié)到3.5 10-m3/ s，應將轉速調節(jié)到多少？（參看例2-3 ）。解 已知 d =0. 0 7r

8、5, l e t 4 0慚=.00 33 2管路特性方程H = H） IvqH.Z =10 0 =10mH2OPg8 G 吃 le J："k 2/-54兀 g I dd y8400325二二0.0354 =5.02 105H X9.81 J （0.075）（0.075）52H =10 +5.02X10 qv（2）工作點的流量與揚程管路特性曲線的CV與H計算值如下f3人.qv / m s00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008H / m1010.51214.51822.62834.642.1工作點流量qvA二 0.0045 m!/s，揚程Ha

9、=19.8m H 2O（3）將工作點流量從qvA=0.0045m3/ s調節(jié)到3Cvc =0.0035m / s ,泵的轉速應由2900r / min調節(jié)到多少?將qvc =0.0035m3/s代入管路特性方程，求得He =10 +5.02x105X(0.0035)2 =16.1等效率方程2=Kvq系數(shù) K =生qv C161 21.31 106(0 0035 )得等效率方程H =1.31 106 2qv等效率方程的計算值如下/31qv/ ms00.0010.0020.0030.0040.0045H /m1.315.2411.82126.5從 n =2900r /min的泵特性曲線與等效率曲線

10、的交點D，得到3=0.004m / s, H D=21m H2OqVD習題2-5b附圖OvcnC 二 nD°VD流量為 贏=0.0035m3/s時的轉速為=2900 0.0035 =2538r / min0.004nD _nc 1002900 2538-2900 100 十5%轉速變化小于 20%，效率基本不變。離心泵的并聯(lián)及串聯(lián)【2-6】若習題2-5第2問改為兩臺泵并聯(lián)操作，管 路特性曲線不變，試求泵工作點的流量與揚程。解 習題2-6附圖中點 A為工作點流量 qV =0.0053m3/s，揚程 H =23.7m 水柱習題2-6附圖【2-7】若習題 2-4第2問改為兩臺泵串聯(lián)操作，管

11、路特性曲線不變，試求工作點的流 量與揚程。解 習題2-7附圖中點 A為工作點，流量 qV = 0.0061m3 /s，揚程 H =30.02m 水柱離心泵的安裝高度失為4m ,當?shù)丨h(huán)境大氣的絕對壓力為98kPa?！?-8】用型號為IS65 -50-125的離心泵，將敞口水槽中的水送出，吸入管路的壓頭損吸入管 LH f =4m(H2O),查得泵的汽蝕余量Ah=2m20 C的水，飽和蒸氣壓pV =23.38kPa ,密度 卜=998.2 kg/m3試求：（1）水溫20 C時泵的安裝高度，（2）水溫80 C時泵的安裝高度。p0 =98 kPa (絕壓)解已知環(huán)境大氣壓力最大允許安裝高度為一24 =1

12、.62m但8 -23.38) 103 -998.2X9.81輸送20 C水時，泵的安裝高度Hg < 1.62m80 C的水，飽和蒸氣壓Pv =47.38kPa，密度 亍=971.8kg/m3最大允許安裝高度為H g允許 Po Pv3(9 8_47.38) 10971.8 9.81_2 _4 =0.69m輸送80 C水時，泵的安裝高度 Hg遼J0.69m【2-9】 用離心泵將密閉容器中的有機液體送出，容器內液面上方的絕壓為85kPa。在操作溫度下液體的密度為 850kg/m3,飽和蒸汽壓為72.12kPa。吸入管路的壓頭損失為 1.5m，所選泵的 允許汽蝕余量為 3.0m。現(xiàn)擬將泵安裝在液

13、面以下 2.5m處，問該泵能否正常操作？解泵的最大允許安裝高度Hg允許= ¥”r(85_72.12) 103850 9.81_3.0_1.5 =296m而實際安裝高度 Hg實二一2.5m Hg允，說明此泵安裝不當，泵不能正常操作，會發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。為保證泵的正常操作，泵應至少安裝在液面下方3.5m或更低?！?-10】 用離心泵輸送 80 C熱水，今提出如下兩種方案（見習題2-10附圖）。若兩方案的管路長度（包括局部阻力的當量長度）相同，離心泵的汽蝕余量厶h =2m。試問這兩種流程方案是否能完成輸送任務？為什么？環(huán)境大氣壓力為101.33kPa。Pv =47.38kPa，密度水在80 C

14、時飽和蒸氣壓P =971.8kg / m3，汽蝕余量Lh =2m ,大氣壓力 Po =101.33kPa最大允許安裝高度為Hg允許=十中7(101.33 47.38)漢103971.8 9.81H f =3.66H f第（2）方案的安裝高度Hg =7m，大于Hg允許，不能完成輸送任務。第方案的安裝高度 Hg =1m若-1_3.66-則' Hf -4.66m水柱時可以用。離心泵的選用20m，管路長度(包【2-11】用離心泵從江中取水送入貯水池內，池中水面高出江面括局部阻力的當量長度)為45m。水溫為20C,管壁相對粗糙度=0.001。要求輸水量為d2025m3/h。(1)試選擇適當管徑；

15、(2)試選擇一臺離心泵。解 20 C水的 _998.2kg/m3,.-1 .004 10 衛(wèi) Pa s1 le =45m，d=0W1最大流量qv =25m3/ h(1)管徑d從教材表1-3中選管路中水的流速u =2.5 m/ s25/3600=0.0595m = 59.5mm選公稱直徑 65mm的低壓流體輸送用焊接鋼管管徑為 75.5mm 3.75mm，內徑 d =75.5 -3.75 2 =68mm(2)選離心泵揚程可胄5即=0,=0, iZ =20 mRe二虻068側響2卩1.004 X10$= 1.29 105最后計算流速qv25 /36001 91,u1.91m/ s： 2 * . .

16、 2d(0.068)44此流速在表1-4中的1.53.0m/s范圍內查得 =0.02182 2寸 、丨 +le u45(1.91)' Hfe 0.02182.68 md 2g0.0682疋9.81揚程H =20 - 2.68 =22.68 m25有效功率Pe Ov ?gH998.2 9.81 22.68 =1540=1.54 kWw 93600設泵的效率 =0.65P 15 4軸功率 P=.2 3 k W0. 6 5選用離心泵 IS65 -50-160其流量范圍為1530m3 /h ,揚程范圍為3530m ,轉速為2900r / min ,軸功率為2.653.71kW，汽蝕余量冷 =2

17、2.5m?！?-12】有一臺離心泵的額定流量為16.8m 3/h，揚程為 18m。試問此泵是否能將密度為1060kg/m3,流量為250L/min的液體，從敞口貯槽向上輸送到表壓為30kPa的設備中？敞口貯槽與高位設備的液位垂直距離為8.5m。管路的管徑為75.5mm 3.75mm，管長為124m(包括直管長度與所有管件的當量長度)，摩擦系數(shù)為0.03。2503流量25°"心碩615m/h流速壓頭qv15/3600.ul.l5m/s71 d271 X(0.068)2442 uX 2g=8.530 101060 漢 9.81°03爲鶉5仆液柱流量與壓頭都略小于額定值

18、,該泵可以用。往復泵【2-13】有一臺雙動往復泵，其活塞的行程為300mm，活塞直徑為180mm，活塞桿直徑為50mm。若活塞每分鐘往復55次，其理論流量為若干？又實驗測得此泵在26.5min內能使一直徑為 3m的圓形貯槽的水位上升2.6m，試求泵的容積效率(即實際流量/理論流量)。解活塞行程 S =3 0 0n m . 0 m活塞直徑 D =0. 1 m，活塞截面積 A= D2 =衛(wèi)x(0. 1 844 v 7活塞桿直徑 d =0.05m，活塞桿截面積a d2(0.05)244活塞往復頻率n =5 5 /m i n理論流量q,理二(2 A- a SnW01820.052 )03 55=0 8

19、07 3 m / m in44K1實際流量qvt =a2 2.6泊=0.693m3 / min426.5容積效率二qv 實 /qv 理=0.6 93 0 807.0859氣體輸送機械【2-14】有一臺離心式通風機進行性能實驗，測得的數(shù)據(jù)如下：空氣溫度為20C，風機出口的表壓為230Pa，入口的真空度為150Pa，送風量為 3900m3/h。吸入管與排出管的內徑分別為 300mm 及250mm，風機轉速為 1450r/min，所需軸功率為0.81kW。試求風機的全風壓、靜風壓及全風壓效率。解 已知風量qv=3900 m/ h吸入管內徑 d!=0.3m，排出管內徑d0. 2m吸入管風速qvU14d

20、13900 / 360015.3m / s:!. 24(0.3)排出管風速2皿儂= 22m/ s3t =20 ”， p =101.325kPa 下，空氣密度 =1.205 kg / m22進口動壓pdlJ-2 0 5( 1-5L3l4lPa出口動壓pd =竺2 0 5( ?2292Pad222進口靜壓Ps1 - -150Pa，出口靜壓Ps2 =230Pa全風壓pt =(ps2 Fd2)-(ps1 - Fd1)230 292 -150 140=532Pa靜風壓Pst= p t_ R d 5 3 2 _2 9 2= 2f4a)已知軸功率P 0. 8 k W 8 1V0有效功率 巳=業(yè)=53239276W36003600全風壓效率二空J76 “.711P 810【2-15】倉庫里有一臺離心式通風機，其銘牌上的流量為1.27 103m3/h，全風壓為1.569kPa