化工原理(第四版)習(xí)題解--第二章--流體輸送機(jī)械

1、第二章流體輸送機(jī)械離心泵特性【2-1】某離心泵用15c的水進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)，水的體積流量為540m 3/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(cè)壓截面間的垂直距離為350mm ,吸入管與壓出管內(nèi)徑分別為350mm 及310 mm，試求泵的揚(yáng)程。解 水在 15 c 時(shí) 995.7kg/m3,流量 qV 540m3/h壓力表pM 350kPa,真空表pV30kPa （表壓）壓力表與真空表測(cè)壓點(diǎn)垂直距離h0 0.35m管徑 d1 0.35m, d2 0.31m流速工 540/3600 1.56m/sW 7 (0.35)222d10.35u2 u1 1.56

2、1.99m/sd20.31揚(yáng)程22PmPvU2U1H he Pg2g0.35350 103 ( 30 103)995.7 9.81(1.99)2 (1.56)22 9.810.35 38.9 0.078 39.3m 水柱【2-2】原來(lái)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(zhì)可視為與水相同。若管路狀況不變，泵前后兩個(gè)開(kāi)口容器的液面間的高度不變，試說(shuō)明：（1）泵的壓頭（揚(yáng)程）有無(wú)變化； （2）若在泵出口裝一壓力表，其讀數(shù)有無(wú)變化；（3）泵的軸功率有無(wú)變化。解（1）液體密度增大，離心泵的壓頭（揚(yáng)程）不變。（見(jiàn)教材）（2）液體密度增大，則出口壓力表讀數(shù)將增大。（3）液體

3、密度 增大，則軸功率 P 生型將增大?！?-3】某臺(tái)離心泵在轉(zhuǎn)速為1450r/min時(shí)，水的流量為 18m 3/h,揚(yáng)程為20m（H 2O）。試求：（1）泵的有效功率，水的密度為1000kg/m 3; （2）若將泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到1250r/min 時(shí)，泵的流量與揚(yáng)程將變?yōu)槎嗌?？?(1)已知 qv 18m3/h,H 20m 水柱， 1000kg/m318有效功率Pe qV gH 1000 9.81 20 981We3600精選（2）轉(zhuǎn)速ni 1450r/min 時(shí)流量 qVi 18m)h,揚(yáng)程 H20m HO 柱轉(zhuǎn)速n2 1250r/min流量“2n212503 ,qVi1815.5m / hn

4、11450揚(yáng)程22H2 H1 叱 20125014.9m H2。柱n11450管路特性曲線、工作點(diǎn)、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45mme 2.5mm,在泵出口閥門全開(kāi)的情況下，整個(gè)輸送系統(tǒng)的總長(zhǎng)為 20m （包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度），設(shè)流動(dòng)進(jìn)入阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)為0.02。在輸送范圍內(nèi)該離心泵的特性方程為H 28 6 105q2 （ qV的單位為 m/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(diǎn)；（2）若在閥門開(kāi)度及管路其他條件不變的情況下

5、，而改為輸送密度為1200 kg/m3的堿液，則離心泵的工作點(diǎn)有何變化?其中解 （1）管路特性方程2H H ° kqVH。k,3、 川，98.1 10_Az 4=14g 109.81正0 02 82L25.2_52g d53.142 9.81 0.0453.23 105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525228 6 10 qv 14 3.23 10 q得工作點(diǎn)下的流量與壓頭33qv 3.89 10 m / s , H 18.92m（2）當(dāng)改送密度為1200 kg/m 3的堿液時(shí)，泵特性方程不變，此時(shí)管路特性方程A3口 a

6、 3，98.1 10H0Az4 12.3g 1200 9.81流動(dòng)進(jìn)入阻力平方區(qū)，且閥門開(kāi)度不變，則 k不變。因此管路特性方程變?yōu)橐灰?2H 12.3 3.23 10 qv將該方程與泵特性方程聯(lián)立525228 6 10 qv 12.3 3.23 10 qv得新工作點(diǎn)下流量及壓頭'33qv 4.12 10 m /s , H 17.78m【2-5】在一化工生產(chǎn)車間，要求用離心泵將冷卻水由貯水池經(jīng)換熱器送到另一敞口高位槽，如習(xí)題2-5附圖所示。已知高位槽液面比貯水池液面高出10m ,管內(nèi)徑為75mm ,管路總長(zhǎng)（包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度在內(nèi)）為流體流動(dòng)處于阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)為0.03。流體流

7、經(jīng)換熱器的局部阻力系數(shù)為32。離心泵在轉(zhuǎn)速n 2900r/min時(shí)的H qv特性曲線數(shù)據(jù)見(jiàn)400m。卜表。/31qv / m s00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008H / m2625.524.5232118.515.5128.5習(xí)題2-5a附圖試求：（1）管路特性方程；（2）工作點(diǎn)的流量與揚(yáng)程；（3）若采用改變轉(zhuǎn)速的方法，使第(2)問(wèn)求得的工作點(diǎn)流量調(diào)節(jié)到333.5 10 m/s,應(yīng)將轉(zhuǎn)速倜節(jié)到多少？（參看例2-3)。已知 d 0.075m,|le400m,0.03,32管路特性方程H 0 kqV(2)H0 Z10 0 10mH2。le5d3 4y

8、-80 039 81.H 10 5.02 105工作點(diǎn)的流量與揚(yáng)程管路特性曲線的qv與4003254(0.075)(0.075)5 02 1052qvH計(jì)算值如下31qv / m s0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008H /m1010.51214.51822.62834.642.1工作點(diǎn)流量qvA_3 . 一0.0045 m / s ,揚(yáng)程Ha 19.8m H2O3qVC0.0035 m / s泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)由2900r/min調(diào)節(jié)到多少?將qvc0.0035 m3 / s代入管路特性方程，求得等效率方程KqVHe 10 5.02105 (0.0035)

9、2 16.1H2O系數(shù) KHe-2CVe16.1(0.0035)21.31 106得等效率方程H 1.31106 2 qV等效率方程的計(jì)算值如下31qv/ ms 00.0010.0020.0030.0040.0045H /m1.315.2411.82126.5從 n 2900r / min的泵特性曲線與等效率曲線的交點(diǎn)D,得到21 m H2OD習(xí)題2-5b附圖3qVD0.004 m / s, H流量為qVc 0.0035m3/s時(shí)的轉(zhuǎn)速為qvcnc 冊(cè)一 qVD0 00352900 .2538r/min0.004nD ncnD1002900 2538 100 12.5%2900轉(zhuǎn)速變化小于 2

10、0% ,效率基本不變。習(xí)題2-7附圖習(xí)題2-6附圖(1) 20 C的水，飽和蒸氣壓Pv 23.38kPa ,密度3998.2kg / m離心泵的并聯(lián)及串聯(lián)【2-6】若習(xí)題2-5第2問(wèn)改為兩臺(tái)泵并聯(lián)操作，管 路特性曲線不變，試求泵工作點(diǎn)的流量與揚(yáng)程。解習(xí)題2-6附圖中點(diǎn) A為工作點(diǎn)流量 qV 0.0053m3/s,揚(yáng)程 H 23.7m 水柱【2-7】若習(xí)題 2-4第2問(wèn)改為兩臺(tái)泵串聯(lián)操作，管路特性曲線不變，試求工作點(diǎn)的流 量與揚(yáng)程。解 習(xí)題2-7附圖中點(diǎn) A為工作點(diǎn)，流量 qV 0.0061 m3/s,揚(yáng)程 H 30.02m 水柱離心泵的安裝高度【2-8】用型號(hào)為IS65 50 125的離心泵，

11、將敞口水槽中的水送出，吸入管路的壓頭損 失為4m ,當(dāng)?shù)丨h(huán)境大氣的絕對(duì)壓力為98kPa。試求：(1)水溫20 c時(shí)泵的安裝高度，(2)水溫80 c時(shí)泵的安裝高度。解已知環(huán)境大氣壓力p0 98kPa (絕壓)吸入管 Hf 4m(H2O),查得泵的汽蝕余量由=2m最大允許安裝高度為PoPvH g允許gHf(98 23.38) 103998 2 9 81 2 4 1.62m輸送20 c水時(shí)，泵的安裝高度Hg 1.62mg3(2) 80 C的水，飽和蒸氣壓Pv 47.38kPa ,密度 971.8kg / m最大允許安裝高度為p0pVH g允許 hHf_3(98 47 38) 10(. )2 40 6

12、9m971 8 9 81 輸送80c水時(shí)，泵的安裝高度Hg 0.69m【2-9】 用離心泵將密閉容器中的有機(jī)液體送出，容器內(nèi)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)擬將泵安裝在液面以下2.5m處，問(wèn)該泵能否正常操作?解泵的最大允許安裝高度P0PvH g允許g(85 72.12) 103850 9 812.96m而實(shí)際安裝高度Hg實(shí)=2.5m Hg允，說(shuō)明此泵安裝不當(dāng)，泵不能正常操作，會(huì)發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。為保證泵的正常操作，泵應(yīng)至少安裝在液面下方3.5m或更低。【2-10】用

13、離心泵輸送 80 c熱水，今提出如下兩種方案(見(jiàn)習(xí)題方案的管路長(zhǎng)度(包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度)相同，離心泵的汽蝕余量種流程方案是否能完成輸送任務(wù)？為什么？環(huán)境大氣壓力為101.33kPa。2-10附圖)。若兩h 2m °試問(wèn)這兩習(xí)題2-10附圖解 水在 80 c時(shí)飽和蒸氣壓pV 47.38kPa,密度971.8 kg/m3,汽蝕余量h 2m,大氣壓力 Po 101.33kPa最大允許安裝高度為Hgyhg(101.3347.38) 103971 8 9 81Hf 3.66 Hf第(2)方案的安裝高度Hg 7m,大于Hg允許，不能完成輸送任務(wù)。第(1)方案的安裝高度 Hg 1m若 1 3.

14、66 Hf.則 H f 4.66m水柱時(shí)可以用。離心泵的選用20m ,管路長(zhǎng)度(包-=0.001。要求輸水量為 d【2-11】用離心泵從江中取水送入貯水池內(nèi)，池中水面高出江面括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度)為 45m。水溫為20C,管壁相對(duì)粗糙度 2025m3 /h。 (1)試選擇適當(dāng)管徑；(2)試選擇一臺(tái)離心泵。解 20c水的 998.2kg /m3,1.004 10 3Pa sl le 45m, - =0.001 d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/ sCVdu 4I25/3600 0.0595m 59.5mm2.542.653.71kW,汽蝕余

15、量h 22.5m。精選選公稱直徑 65mm的低壓流體輸送用焊接鋼管管徑為 75.5mm3.75mm,內(nèi)徑 d 75.5 3.75 2 68mm最后計(jì)算流速qVd2425/36001.91m / s此流速在表 1-4中的-(0.068)21.53.0m/s范圍內(nèi)(2)選離心泵揚(yáng)程2gHf查得0.0218Hf揚(yáng)程202.68有效功率PeqVgH設(shè)泵的效率=0.65Redul le u2d 2g22.68253600軸功率 PPe_1.54,0.652.370 u2 0 ,Z 200.068 1.91 998.21.004 10 31.29 1054500218 0 068.© 2.68

16、m998.2 9.81 22.68 1540WkW9 811.54 kW選用離心泵 IS65 50 160其流量范圍為1530m3 / h ,揚(yáng)程范圍為3530m ,轉(zhuǎn)速為2900r / min ,軸功率為【2-12】有一臺(tái)離心泵的額定流量為16.8m 3/h,揚(yáng)程為18m。試問(wèn)此泵是否能將密度為1060kg/m 3,流量為250L/min的液體，從敞口貯槽向上輸送到表壓為30kPa的設(shè)備中?敞口貯槽與高位設(shè)備的液位垂直距離為(包括直管長(zhǎng)度與所有管件的當(dāng)量長(zhǎng)度)8.5m。管路的管徑為 75.5mm 3.75mm ,管長(zhǎng)為124m ,摩擦系數(shù)為0.03。2503解 流量 qV 250L / mi

17、n 60 15m /h1000流速 u壓頭 HqV15 /36001.15m/ s24d2(0.068)2P l le Ug d 2g8.530 1031060 9.811240.03 0.068(1.15)22 9.8115.1m液柱精選流量與壓頭都略小于額定值，該泵可以用。往復(fù)泵【2-13】有一臺(tái)雙動(dòng)往復(fù)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(fù)55次，其理論流量為若干？又實(shí)驗(yàn)測(cè)得此泵在26.5min內(nèi)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(shí)際流量/理論流量)：2解 活塞行程 S 300mm 03m ,活塞直

18、徑 D 0.18m,活塞截面積 A D2 0.1844活塞桿直徑 d 0.05m,活塞桿截面積a d2 (005)244活塞往復(fù)頻率 n 55 1/min理論流量qV理(2A a)Sn (2 0182 0052) 03 55 0.807m3/min44實(shí)際流量qV實(shí)-32 2.610693m3/min426.5容積效率qV實(shí) /qV理 0.693/0.807 0.859氣體輸送機(jī)械【2-14】有一臺(tái)離心式通風(fēng)機(jī)進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)，測(cè)得的數(shù)據(jù)如下：空氣溫度為20 C,風(fēng)機(jī)出口的表壓為230Pa ,入口的真空度為150Pa,送風(fēng)量為 3900m3/h。吸入管與排出管的內(nèi)徑分別為 300mm 及250mm

19、 ,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 1450r/min ,所需軸功率為0.81kW。試求風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓、靜風(fēng)壓及全風(fēng)壓效率。解 已知風(fēng)量qV 3900m3/h,吸入管內(nèi)徑 d1 0.3m,排出管內(nèi)徑 d2 0.25m吸入管風(fēng)速U1qV4d123900 /3600 15.3m / s7 (0.3)2排出管風(fēng)速U2 Uidi15.30.3d20.2522m / s3t 20C, p 101.325kPa 下，空氣密度=1.205 kg/m22Ui1.205 (15.3)進(jìn)口動(dòng)壓pd1 - 11 141Pa22出 口動(dòng)壓Pd2-u1 1.205 (22)292Pa222進(jìn)口靜壓Ps1 150Pa,出口靜壓 Ps2 230Pa全風(fēng)壓Pt (Ps2 Pd2)(Ps1 Fd1)230 292150 140532Pa靜風(fēng)壓Pst Pt Pd2 532 292 240Pa已知軸功率P 0.81kW 810W有效功率PePtqv3600532 39003600576W全風(fēng)壓效率Pe 576P 8100.711【2-15】倉(cāng)庫(kù)里有一臺(tái)離心式通風(fēng)機(jī)，其銘牌上的流量為1.27 103m3/h,全風(fēng)壓為 1.569kPa。現(xiàn)想用它輸送密度為1.0kg/m3的氣體，氣體流量為1.27 103