泵与压缩机课后题答案.pdf

1-1 解：1）基本计算 吸入管过流断面面积： 322 10854. 71 . 0 44 = DA 吸入管内平均流速：sm A Q /203. 1 10854. 73600 34 3 = = ， 吸入管的沿程损失：m gd L h266 . 0 8 . 92 203. 1 1 . 0 18 02 . 0 2 22 = = 2）求泵入口处的压强 设吸水池液面为 1-1 断面，泵入口处为 2-2 断面。根据伯努里方程，有： h gg p H g p g += 2 2 22 1 1 Pa h g Hggpp 5 55 2 5 2 2 112 105485. 0 104645. 010013. 1 266. 0 8 . 92 203. 1 4 . 48 . 9100010013. 1 2 = = + += += mmHgH46.34854.411760 28.133 105485. 0 760 5 = = 真 OmmHOmH p H 22 5 2 5597597. 5 9800 105485. 0 9800 = = 1-2 解：设泵入口处为 1-1 断面，泵出口处为 2-2 断面。根据伯努里方程，有： gg p zH gg p z 22 2 22 2 2 11 1 +=+ 入口和排出管径相同，有 21 =。 g p g p zzH 12 12 += Pap613168 . 9136003 . 010013. 1 5 1 = Pap24840014710010013. 1 5 2 =+= mH95.25 8 . 9750 61316248400 5 . 0= += 1-3 解： 吸水管内平均流速：sm d Q /183. 3 1 . 0 4 025. 0 4 22 1 1 = = 排出管内平均流速：sm d Q /659. 5 075. 0 4 025. 0 4 22 2 2 = = 设泵入口处为 1-1 断面，泵出口处为 2-2 断面。根据伯努里方程，有： gg p zH gg p z 22 2 22 2 2 11 1 +=+ 泵的扬程为： () m gg pp zzH 955.38 8 . 92 183. 3659. 5 8 . 91000 103924. 0102373. 3 8 . 0 2 2255 2 1 2 212 12 = + += + += 泵的有效功率：kW gQH Ne544. 9 1000 955.38025. 08 . 91000 1000 = = 泵的轴功率：kWNN625.115 .1293. 0= 电电轴 泵的效率：82. 0 625.11 544. 9 = 轴 泵 N Ne 1-4 解：设吸水罐液面为 1-1 断面，排水罐液面为 2-2 断面。根据伯努里方程，有： hw gg p HHHH gg p z m +=+ 22 2 22 321 2 11 1 由于吸水罐液面和排水罐液面稳定，0 21 =。吸入和排出管路总水力损失为： m g p hhh dsw 818.190 8 . 9850 1372930 251= += += 因此，泵的扬程为： hw g pp HHHHm+ += 12 132 m813.198 818.190 8 . 91000 1961337 .176479 8414 = + += 1-5 解：1）当泵流量hmQT/2 . 7 3 =时 sm nD u/82.13 60 1450182. 0 60 2 2 = = sm BD Q c T r /555. 0 36009 . 0007. 0182. 0 2 . 7 222 2 = = smctgctgcuc Aru /856.1230555. 082.13 0 2222 = mcu g H uT 13.18856.1282.13 8 . 9 11 22 = 2）当泵流量hmQT/8 .28 3 =时 sm BD Q c T r /221. 2 36009 . 0007. 0182. 0 8 .28 222 2 = = smctgctgcuc Aru /975. 93022. 282.13 0 2222 = mcu g H uT 067.14975. 982.13 8 . 9 11 22 = 3）画出两种流量时叶轮出口的速度三角形（略） 随流量 T Q的增大， r c2增加， u c2减小， T H下降。 1-6 解：sm nD u/406.33 60 290022. 0 60 2 2 = = sm BD Q c T r /617. 3 01. 022. 0 025. 0 22 2 = = sm c w A r /655. 9 22sin 617. 3 sin 0 2 2 2 = smcuc Aru /454.2422cot617. 3406.33cot 0 2222 = 0 2 2 2 413. 8 454.24 617. 3 arctanarctan= u r c c ()()smccc ru /72.24617 . 3 454.24 22 2 2 2 22 =+=+= mcu g H rT 357.83454.24406.33 8 . 9 11 22 = 1-7 解：1）求圆周速度和堵塞系数 sm nD u/295.24 60 145032. 0 60 2 2 = = 938. 0 29sin32. 0 005. 06 1 sin 1 0 22 2 2 = = A D z sm nD u/3 .12 60 1450162. 0 60 1 1 = = 809. 0 18sin162. 0 005. 06 1 sin 1 0 11 1 1 = = A D z 2）求理论流量 由于进口无旋，液体沿径向进入叶片流道， 0 1 90=。由进口速度三角形得； smuc Ar /997. 318tan3 .12tan 0 111 = smcbDQ rT /054. 0997. 3809. 0033. 0162. 0 3 1111 = 3）求理论扬程 考虑叶片数和叶片厚度对扬程的影响，确定扬程修正系数和滑移系数，即 ()()89. 029sin16 . 0sin16 . 0 0 2 =+=+= A 715. 0 320 162 1 1 6 89. 02 1 1 1 12 1 1 22 2 1 = + = + = r r z sm BD Q c T r /031. 3 938. 0019. 032. 0 054. 0 222 2 = = () () m cuu g H ArT 37.33 29cot031. 3295.24295.24715. 0 8 . 9 1 cot 1 0 2222 = = = 4）估计泵的流量、扬程和轴功率 smQQ Tv /0513. 0054. 095. 0 3 = mHH Th 034.3037.339 . 0= kW gQH Ne1 .15 1000 034.300513. 08 . 91000 1000 = = kW N N e 415.18 82. 0 1 .15 = 1-8 解：1）求作出口速度三角形和 T H sm nD u/327.34 60 298022. 0 60 2 2 = = sm c w A r /091. 5 45sin 6 . 3 sin 0 2 2 2 = smcuc Aru /727.3045cot6 . 3327.34cot 0 2222 = ()()smccc ur /937.30727.306 . 3 22 2 2 2 22 =+=+= () () m cuu g H ArT 629.107 45cot6 . 3327.34327.34 8 . 9 1 cot 1 0 2222 = = = 2）求 T H 考虑叶片数和叶片厚度对扬程的影响，确定扬程修正系数和滑移系数，即 ()()024. 145sin16 . 0sin16 . 0 0 2 =+=+= A () 7455. 0 5 . 01 1 8 024. 12 1 1 1 12 1 1 22 2 1 = + = + = r r z mHH TT 24.80629.1077455. 0= 1-9 证明：因 dynpotT HHH+= dynTpot HHH= 因 () g c H u dyn 2 2 2 =，所以 () () () () () () () = = = = 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 u gH H u Hg H g uc u g H g c HH T T T T u T u Tpot 又因 h TTh H HHH =，所以 () = h h pot u gHH H 2 2 2 1 1-10 解：1）求泵的有效率功率 e N kW gQH Ne96.7596 1000 1367 . 58 . 91000 1000 = = 2）求泵的总效率 7705. 0 9860 96.7596 = N Ne 3）求泵的水力效率 h 91. 0 92. 092. 0 7705. 0 = = mv hhmv 1-11 解：根据相似理论，有 sm n n D D QQ/68. 0 2900 1450 217. 0 33 3 = = m n n D D HH100 2900 1450 2100 2 2 22 = = = kW n n D D NN2 .735 2900 1450 28 .183 3 5 25 = = = 1-12 解：根据比例定律，有 min/2175 35 5 .52 1450r Q Q nn n n Q Q = = = m n n HH5 .139 1450 2175 62 22 = = = kW n n NN65.25 1450 2175 6 . 7 32 = = = 1-13 解：1）求作转速min/2320r时泵的性能参数和曲线 根据等比定律： = n n QQ 2 = n n HH 3 = n n NN 将转速min/2900r泵的性能参数换算为转速min/2320r时性能参数，如下表所示： 流量 （hm/ 3 ） 扬程 （m） 轴功率 （kW） 效率 043.520 1243.233 2441.65.1254 4038.46.65662 4835.27.42460 2）求泵的转速 根据相似抛物线得 22 2 2 2 03125. 0 40 50 QQQ Q H H= =（1） 转速min/2900r时泵的流量-扬程回归方程为： 2 00402. 00299. 068QQH+=（2） 将式（1）代入（2） ，整理得 003527. 00299. 068 2 =+QQ hmQ/33.44 03527. 02 6803527. 040299. 00299. 0 3 2 = + = mQQH424.6133.4400402. 033.440299. 06800402. 00299. 068 22 =+=+= min.2617 33.44 40 2900r Q Q nn= = 1-14 解：根据相似理论，有 26 2 3 = = n n D D Q Q n n D D Q Q （1） 66322 = = n n D D H H n n D D H H （2） 因此，将式（2）/（1） ，得 min/79.1069 5 . 9 38 120 80 29004 2 3 42 3 4 2 3 r Q Q H H nn n n Q Q H H = = = = 1-15 解：1）求泵在min/2900r时的比转速 min/32.58 4 280 3600 64 290065. 3 65. 3 4 3 4 3 r i H Qn ns= = = 泵为低比转速泵 2）求泵在min/1450r时的比转速 hm n n QQ/32 2900 1450 64 3 = = m n n HH70 2900 1450 280 22 = = = min/32.58 4 70 3600 32 145065. 3 65. 3 4 3 4 3 r i H Qn ns= = = 1-16 解：由于9 . 0933. 0 268 250 = D D ，根据叶轮切割理论，有 sL D D QQ/694.73 268 250 79= = m D D HH663.15 268 250 18 22 = = = kW D D NN475.13 268 250 6 .16 33 = = = 转速min/1450r，效率84. 0=。 1-17 解：由于9 . 0945 . 0 220 208 = D D ，根据叶轮切割理论，有 D D QQ = 2 = D D HH 3 = D D NN 在转速min/2900r下，叶轮切割后，泵的性能参数见下表。 流量 （hm/ 3 ） 扬程 （m） 轴功率 （kW） 效率 060.7841300 14.1818260.337192.75633 28.3636458.102488.4512754 47.2727353.6330610.9866562 56.7272749.1636412.2543460 若要求泵的工作工作点参数为hmQ/40 3 =，扬程mH50=。根据叶轮切割理论，有 Q Q D D = () ( )( )( ) 22 2 2 2 2 2 03125. 0 40 50 QQQ Q H H Q Q HH D D HH= = = = 则相似抛物线方程为： 2 03125. 0QH=（1） 转速min/2900r时泵的流量-扬程回归方程为： 2 00402. 00299. 068QQH+=（2） 将式（1）代入（2） ，整理得 003527. 00299. 068 2 =+QQ hmQ/33.44 03527. 02 6803527. 040299. 00299. 0 3 2 = + = mQQH424.6133.4400402. 033.440299. 06800402. 00299. 068 22 =+=+= 9 . 09023. 0 33.44 40 = = Q Q D D 满足要求 mmD5 .1982209023. 0=，m D D HH50902. 0424.61 2 2 = = 1-19解：由于泵样本上的许用真空度是针对标准大气压 a p和标准温度 20 0C 下清水的汽化压为 v p 的，若当地大气压和温度偏离标准情况时应加以修正。设当地大气压 a p和当地温度下汽化压为 v p， 修正关系有： g pp g pp H g pp g pp HH vava S vvaa SS + = + += 标准大气压Papa 5 10013. 1=，标准温度 20 0C 下清水汽化压为 Papv 3 10337. 2=，则 g pp H g pp HH va S va SS += + = 1010 8 . 91000 02337 . 0 013. 1 5 查 表 海 拔 高 600m 大 气 压Papa 5 109408. 06 . 98 . 91000=，40 0C 下 清 水 汽 化 压 为 Papv 3 10375. 7=，则 水柱mHS847 . 5 10 8 . 91000 07375 . 0 9408 . 0 107 5 = += 1-20解：由于汽油的粘度与水相近，在相同流量下阻力损失与水相近。根据修正关系，有： += g pp HH va SS 10 () 汽油柱m238. 4 700 1000 967. 7105 700 1000 8 . 91000 8 . 915. 0136005 .98066 105 = += += 1-21解：1）判断在条件 1 下泵是否发生汽蚀 选择液面的 Z 坐标为零，建立液面到泵入口的伯努里方程： SA SS S AA h g V g p Z g V g p +=+ 22 22 SA AvA S SvS h g V g pp Z g V g pp ha + +=+ = 22 22 根据已知条件：0= A V，0= g pp vA ，2= SA h，8 1 = gS HZ。故有效汽蚀余量 a h为： mhHha SAg 628 1 = ，mhha4 . 4= 此时，故泵不发生汽蚀。 2）计算泵开始发生汽蚀时的液面高度 mhhhh rr 9 . 35 . 04 . 45 . 05 . 0=+= 当 ra hh时，泵发生汽蚀。因此 rSAS hhZha= mHg9 . 5 1 时泵开始发生汽蚀。 3）当安装高度mHg0 . 4 1 =，计算泵不发生汽蚀的最大工作流量 根据流量为min/5 . 0 3 mQ=时的 r h和 f h，计算 0 k和 1 k，即 8 5 . 0 2 22 1 2 1 = Q h kQkh f f 6 .15 5 . 0 5 . 04 . 4 22 0 2 0 = = = Q h kQkh r r 当 ra hh时，泵发生汽蚀。即 rSAg hhHha= 1 因此，泵发生汽蚀的最小流量应满足 rSAg hhH= 1 min/412. 0 6 .158 4 3 01 1 2 0 2 11 m kk H QQkQkH g g = + = + = 泵不发生汽蚀的最大工作流量应小于min/412. 0 3 m。 4）当转速由min/1450r提高到min/2900r，判断泵是否发生汽蚀 根据比例定律，得 min/0 . 1 1450 2900 5 . 0 3 m n n QQ= = mQkhf0 . 80 . 10 . 8 22 1 = 6 .150 . 16 .15 22 0 =Qkhr 088 1 = SAg hHha 因 ra hh 。 2-2 解：kW Hm N T T 319 1000 4589595. 6 1000 = = kWNN Tll 15. 4319013. 0= kWNN Tdfdf 57. 931903. 0= kWNNNN dflTtot 72.33257. 915. 4319=+=+= kgJ m N H tot /38.47873 95. 6 72.3321000 = = 2-3 解：KTs29327320=+= 695 . 2 77. 0 14 . 1 4 . 1 11 = = = pot k k m m ，故59 . 1 1695. 2 695 . 2 = =m kgJ p p RT m m H m m s d spot /36974 1 5 .98066 7 .147099 2934 .288 159. 1 59. 1 1 1 59.1 159.1 1 = = = sm H uuH pot pot potpot /5 .238 65. 0 36974 2 2 2 = 2-4 解：KTs29327320=+= kgJ p p RTH s d sin /3 .34262 5 .98066 7 .147099 ln2934 .288ln= = = kgJ p p RT k k H k k s d sad /8 .36325 1 5 .98066 7 .147099 2934 .288 14 . 1 4 . 1 1 1 4.1 14.1 1 = = = kgJ p p p m m H m m s d sspot /8 .36967 1 5 .98066 7 .147099 8617. 05 .98066 159. 1 59. 1 1 1 59.1 159.1 1 = = = 2-5 解： v p c c k=，Rcc vp = KTs30327330=+= kgJ k kR cp/5 .1004 14 . 1 2874 . 1 1 = = = 1）叶轮进口截面 0-0 处温度和压强 ()()Kcc c TT s p s 29.29964.134 .87 5 .10042 1 303 2 1 2222 00 = = Pa T T pp s s 5 .86288 303 29.299 89240 73.2 0 0 = = = 2）叶轮叶道进口截面 1-1 处处温度和压强 ()()Kcc c TT s p s 23.29464.134 .133 5 .10042 1 303 2 1 2222 11 = = Pa T T pp s s 8 .82363 303 23.294 89240 73.2 1 1 = = = 2）叶轮出口截面 2-2 处处温度和压强 ()()Kcc cc H TT s pp tot s 26.34064.138 .199 5 .10042 1 5 .1004 57297 303 2 1 2222 22 = +=+= Pa T T pp s s 2 .122482 303 26.340 89240 73.2 2 2 = = = 3）扩压器出口截面 3-3 处处温度和压强 ()()Kcc c TT p 66.3528 .1995 .122 5 .10042 1 26.340 2 1 222 2 2 323 = = Pa T T pp6 .135058 26.340 66.352 2 .122482 73.2 2 3 23 = = = 4）次级叶轮进口截面00处处温度和压强 ()()Kcc c TT p 12.3608 .19905. 4 5 .10042 1 26.340 2 1 222 2 2 020 = = Pa T T pp142998 26.340 12.360 2 .122482 73.2 2 0 20 = = = 5）上述计算结果的曲线图 图中过流截面编号说明：截面编号 0 代表 s-s 过流截面, 截面编号 1 代表 0-0 过流截面, 截面 编号 2 代表 1-1 过流截面, 截面编号 3 代表 2-2 过流截面, 截面编号 4 代表 3-3 过流截面, 截面编 号 1 代表00过流截面 。 0123456 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 温度T（K） 过流截面编号 0123456 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 压强（Pa） 过流截面编号 2-7 解：KTs286=。若完全相似，则 min/2790 7 .330 286 3000r T T nn s s = = hm T T QQ s s /2232 7 .330 286 2400 3 = = 用流量hm/2232 3 和转速min/2232r3000，查图 2-28 得，79. 0= pot ，压力比85. 2=。 第三章往复式压缩机 3-1 解：1）等温过程 kJ p p VpWT86.109 101 103 ln1101ln 5 5 5 1 2 11 = = = 0 20293 12 0 12 = = TTT CKTT 2）多变过程 kJ p p Vp m m W m m pot 12.118 1 101 103 1101 115. 1 15. 1 1 1 15.1 115.1 5 5 5 1 1 2 11 = = = K p p TT m m 14.338 101 103 293 15.1 115.1 5 5 1 1 2 12 = = = CTTT 0 12 4529314.338= 3）绝热过程 kJ p p Vp k k W k k pot 87.1122 1 101 103 1101 125. 1 25. 1 1 1 25.1 125.1 5 5 5 1 1 2 11 = = = K p p TT k k 365 101 103 293 25.1 125.1 5 5 1 1 2 12 = = = CTTT 0 12 72293365= 3-2 解：1）当6=，12=，8 .17=时，求对应 ( )( )655 . 0 161 . 0111 2 . 1 11 1 = = = ma ( )( )307. 01121 . 01112.1 11 2 = = =ma ( )()0016. 018 .171 . 01112.1 11 3 = = =ma 当0 3 = ，769.171 1 . 0 1 1 1 2 . 1 max = += += m a 02468101214161820 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 V 2）当1 . 0=，15. 0=，2 . 0=，29. 0=时，求 ( )( )655. 0161 . 01112.1 11 1 = = =ma ( )( )482. 01615 . 0 1112 . 1 11 2 = = =ma ( )( )31. 0162