化工原理第2章流體輸送機(jī)械典型例題題解

.PAGE.化工原理典型例題題解第2章流體輸送機(jī)械例1離心泵的工作點(diǎn)用某一離心泵將一貯罐里的料液送至某高位槽,現(xiàn)由于某種原因,貯罐中料液液面升高,若其它管路特性不變,則此時流量將〔。A增大B減少C不變D不確定例2附圖例2附圖解：該題實(shí)際上是分析泵的工作點(diǎn)的變動情況。工作點(diǎn)是泵特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn),其中任何一條特性曲線發(fā)生變化,均會引起工作點(diǎn)的變動,現(xiàn)泵及其轉(zhuǎn)速不變,故泵的特性曲線不變。將管路的特性曲線方程式列出現(xiàn)貯槽液面升高,增加,故管路特性曲線方程式中的截距項數(shù)值減小,管路特性曲線的二次項系數(shù)不變。由曲線1變?yōu)榍€2,則工作點(diǎn)由A點(diǎn)變動至B點(diǎn)。故管路中的流量增大,因此答案A正確。例2離心泵壓頭的定義離心泵的壓頭是指〔。A流體的升舉高度；B液體動能的增加；C液體靜壓能的增加；D單位液體獲得的機(jī)械能。解：根據(jù)實(shí)際流體的機(jī)械能衡算式He=<Z2-Z1>+<P2-P1>+<u22-u12>/2g+ΣHf離心泵的壓頭可以表現(xiàn)為液體升舉一定的高度<Z2-Z1>,增加一定的靜壓能<P2-P1>/<gρ>,增加一定的動能<u22-u12>/<2g>以及用于克服流體流動過程中產(chǎn)生的壓頭損失ΣHf等形式,但本質(zhì)上離心泵的壓頭是施加給單位液體〔單位牛頓流體的機(jī)械能量J<J/N=m>.故答案D正確。例3離心泵的安裝高度Hg與所輸送流體流量、溫度之間的關(guān)系分析離心泵的安裝高度Hg與所輸送流體流量、溫度之間的關(guān)系。解：根據(jù)離心泵的必需汽蝕余量<NPSH>r,計算泵的最大允許安裝高度的計算公式為<1>首先分析離心泵的必需汽蝕余量<NPSH>r的定義過程。在泵內(nèi)剛發(fā)生汽蝕的臨界條件下,泵入口處液體的靜壓能和動能之和<P1,min/gρ+u12/2g>比液體汽化的勢能<Pv/gρ>多余的能量<uk2/2g+ΣHf<1-k>>稱為離心泵的臨界汽蝕余量,以符號<NPSH>C表示,即<2>由〔2式右端看出,流體流量增加,〔NPSHC增加,即必須的汽蝕余量<NPSH>r增加。由〔1式可知,液體流量增加,泵的最大允許安裝高度應(yīng)減少。根據(jù)<NPSH>C的定義可知,當(dāng)流量一定而且流動狀態(tài)已進(jìn)入阻力平方區(qū)時<uk2/2g+ΣHf<1-k>,均為確定值>,<NPSH>C只與泵的結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān),故汽蝕余量是泵的特性參數(shù),與所輸送流體的蒸汽壓PV無關(guān)。由〔1式可知,若流體溫度升高,則其PV值增加,從而應(yīng)減小。例4離心泵的組合使用現(xiàn)需用兩臺相同的離心泵將河水送入一密閉的高位槽,高位槽液面上方壓強(qiáng)為1.5atm〔表壓強(qiáng),高位槽液面與河水水面之間的垂直高度為10m,已知整個管路長度為50m〔包括全部局部阻力的當(dāng)量長度,管徑均為50mm,直管阻力摩擦系數(shù)λ=0.025。單泵的特性曲線方程式為〔式中He的單位為m；qv的單位為m3/s。通過計算比較該兩臺泵如何組合所輸送的水總流量更大。解：泵的組合形式分為串聯(lián)和并聯(lián),由此單泵的特性曲線方程寫出串聯(lián)泵和并聯(lián)泵的特性曲線方程〔1〔2自河水水面至密閉高位槽液面列出管路特性曲線方程將有關(guān)數(shù)據(jù)代入整理得：〔3若采用串聯(lián),聯(lián)立方程〔1〔3得若采用并聯(lián),聯(lián)立方程〔2〔3得可見,對于該管路應(yīng)采用串聯(lián),說明該管路屬于高阻管路。為了充分發(fā)揮組合泵能夠增加流量,增加壓頭的作用,對于低阻管路,并聯(lián)優(yōu)于串聯(lián)；對于高阻管路,串聯(lián)優(yōu)于并聯(lián)。例5分支管路如何確定泵的有效壓頭和功率用同一臺離心泵由水池A向高位槽Ｂ和Ｃ供水,高位槽Ｂ和Ｃ的水面高出水池水面Ａ分別為ＺB＝25m,Zc=20m。當(dāng)閥門處于某一開度時,向Ｂ槽和Ｃ槽的供水量恰好相等,即ＶB＝ＶC＝4。管段長度,管徑及管內(nèi)摩擦阻力系數(shù)如下：管段管長〔包括Σle,m管徑,mm摩擦系數(shù)λED100750.025DF50500.025DG50<不包栝閥門>500.025求〔1泵的壓頭與理論功率；〔２支管ＤＧ中閥門的局部阻力系數(shù)。例5附圖解：〔１該問題為操作型問題,忽略三通Ｄ處的能量損失,自Ａ－Ａ截面至Ｂ－Ｂ截面列出機(jī)械能衡算式為He=ZB++①自Ａ－Ａ截面至Ｃ－Ｃ截面列出機(jī)械能衡算式為He=Zc+++②按照①式和②式所求出的泵提供給單位流體的能量即壓頭是同一數(shù)值。因為ＤＧ支管中閥門的阻力系數(shù)是未知數(shù),故按①式求泵的壓頭。首先計算出流速u1,u2,u3u1===1.8<m/s>u2===2.0<m/s>u3===2.0<m/s>將已知數(shù)據(jù)代入①式He=25++=35.6〔m理論功率Ne=HeVg=35.6=2793.9<W>⑵由①、②式可得所以〔ZB+-Zc-將已知數(shù)據(jù)代入〔25-20=24.5例6離心泵工作點(diǎn)的確定用離心泵敞口水池中的水送往一敞口高位槽,高位槽液面高出水池液面5m,管徑為50mm。當(dāng)泵出口管路中閥門全開〔時,泵入口管中真空表讀數(shù)為52.6Kpa,泵出口管中壓力表讀數(shù)為155.9Kpa。已知該泵的特性曲線方程式中：He的單位為m；qv的單位為m3/s。試求：⑴閥門全開時泵的有效功率；⑵當(dāng)閥們關(guān)小時,其他條件不變,流動狀態(tài)均處在阻力平方區(qū),則泵的流量為多少？解：⑴忽略出口管壓力表接口與入口管真空表接口垂直高度差,自真空表接口管截面至壓力表接口管截面列機(jī)械能衡算式,并且忽略此間入口管與出口管管段的流體阻力損失。==21.3〔m將He=21.3m代入泵的特性曲線方程式,求取qvqv==<m3/s>管內(nèi)流速u===1.78<m/s>有效功率Ne=Heqvg=21.3×0.35×10-2×9.81=731.3〔w⑵閥門全開時,列出管路特性曲線方程式He=將已知數(shù)據(jù)代入21.3=解此式得=5.03當(dāng)閥門關(guān)小〔時,再列出管路的特性曲線方程式,并將已知數(shù)值代入He=整理,得①泵特性曲線方程②聯(lián)立①②兩式,解得qv=0.27×10-2<m3/s>可見,管路中閥門關(guān)小,使得流量減小了。例7某冬季取暖管線由某一型號的離心泵,加熱器,散熱器組成〔如圖,管路內(nèi)循環(huán)水量為95m3/h。已知散熱器的局部阻力系數(shù)為20,從散熱器出口至泵入口之間管線長lBC=10m〔包括當(dāng)量長度,管內(nèi)徑為100mm,摩擦系數(shù)為0.03。離心泵位于散熱器入口A處以下1m,散熱器出口水溫40℃。在散熱器入口A處連接一高位水箱作為調(diào)節(jié)水箱。為了保證離心泵不發(fā)生汽蝕現(xiàn)象,求水箱的安裝高度H應(yīng)為多少？該離心泵在輸送流量下的允許汽蝕余量<NPSH>r=5.0m,40℃水的飽和蒸汽壓為7.38×103Pa。散熱器散熱器加熱器例7附圖解：因高位水箱起控制A點(diǎn)壓強(qiáng)和補(bǔ)充水的作用,故由高位水箱至A處管內(nèi)流速很小,故A處的壓強(qiáng)可以表示為PA=Pa+Hg〔1自液面A至泵入口B的垂直高度0.1m即為泵的安裝高度〔2計算管內(nèi)流速u==3.4〔m/s==13.55m〔3將所有已知的數(shù)據(jù)代入〔2式中,得解得再由〔1式解得H=9.37〔m例8離心泵將真空鍋中20℃的水通過直徑為100mm的管路,送往敞口高位槽,兩液面位差10m,真空鍋上真空表讀數(shù)為P1=600mmHg,泵進(jìn)口管上真空表讀數(shù)P2=294mmHg。在出口管路上裝有一孔板流量計,孔板直徑d0=70mm,孔流系數(shù)為C0=0.7,U形壓差計讀數(shù)R=170mm〔指示液為水銀,=13600Kg/m3。已知管路全部阻力損失為44J/Kg,泵入口管段能量損失與動能之和為5J/Kg。當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?.95×105N/m2。求：⑴水在管路中的流速；⑵泵出口處壓力表讀數(shù)P3；⑶若該泵的允許汽蝕余量為<NPSH>r=4.0m,泵能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)？真空鍋真空鍋例8附圖解：⑴水在孔板孔徑