第二章化工原理_修订版_天津大学_.doc

第二章 流体输送机械习题1. 在用水测定离心泵性能的实验中，当流量为26 m3/h时，泵出口处压强表和入口处真空表的读数分别为152 kPa和24.7 kPa，轴功率为2.45 kW，转速为2900 r/min。若真空表和压强表两测压口间的垂直距离为0.4m，泵的进、出口管径相同，两测压口间管路流动阻力可忽略不计。试计算该泵的效率，并列出该效率下泵的性能。解：在真空表和压强表测压口处所在的截面和间列柏努利方程，得其中： (表压) 则泵的有效压头为：泵的效率 该效率下泵的性能为： 2. 用某离心泵以40 m3/h的流量将贮水池中65的热水输送到凉水塔顶，并经喷头喷出而落入凉水池中，以达到冷却的目的。已知水在进入喷头之前需要维持49 kPa的表压强，喷头入口较贮水池水面高8 m。吸入管路和排出管路中压头损失分别为l m和5 m，管路中的动压头可以忽略不计。试选用合适的离心泵，并确定泵的安装高度。当地大气压按101.33kPa计。解：在贮槽液面与喷头进口截面之间列柏努利方程，得 其中： 根据 ，输送流体为水，在型水泵系列特性曲线上做出相应点，该点位于型泵弧线下方，故可选用(参见教材113页），其转速为，由教材附录24(1)查得该泵的性能，必需气蚀余量 由附录七查得时， 泵的允许安装高度 3. 常压贮槽内盛有石油产品，其密度为760 kg/m3，黏度小于20 cSt，在贮存条件下饱和蒸气压为80kPa，现拟用65Y-60B型油泵将此油品以15 m3/h的流量送往表压强为177 kPa的设备内。贮槽液面恒定，设备的油品入口比贮槽液面高5 m，吸入管路和排出管路的全部压头损失分别为1 m和4 m。试核算该泵是否合用。若油泵位于贮槽液面以下1.2m处，问此泵能否正常操作?当地大气压按101.33kPa计。解：要核算此泵是否合用，应根据题给条件计算在输送任务下管路所需压头的值，然后与泵能提供的压头数值比较。由本教材的附录24 (2)查得65Y-60B泵的性能如下： ，在贮槽液面与输送管出口外侧截面间列柏努利方程，并以截面为位能基准面，得其中， 将以上数值代入前述方程，得完成流体输送任务所需的压头为所需流量，符合要求。 由已知条件确定此泵是否合用应核算泵的安装高度，验证能否避免气蚀。由柏努利方程，完成任务所需的压头： 泵的安装高度低于安装高度，故此泵能正常使用。4. 欲用例2-2附图所示的管路系统测定离心泵的气蚀性能参数，则需在泵的吸入管路中安装调节阀门。适当调节泵的吸入和排出管路上两阀门的开度，可使吸入管阻力增大而管内流量保持不变。若离心泵的吸入管直径为100 mm，排出管直径为50 mm，孔板流量计孔口直径为35 mm，测得流量计压差计读数为0.85 mHg，吸入口真空表读数为550 mmHg时，离心泵恰发生气蚀现象，试求该流量下泵的气蚀余量和允许吸上真空度。已知水温为20，当地大气压为760mmHg。解：查得时， 由 ，由教材(上册)第一章图1-33，得 可知，通过孔板流量计孔口的流速为： 由于各段体积流量相等。则出口管路中流体的速度为，校核雷诺数，故是常数。水在进口管路中的流速 气蚀余量 允许吸上真空度，5. 用3B33A型离心泵从敞口水槽中将70清水输送到它处，槽内液面恒定。输水量为3545 m3/h，在最大流量下吸入管路的压头损失为1 m，液体在吸入管路的动压头可忽略。试求离心泵的允许安装高度。当地大气压98.1 kPa。在输水量范围下泵的允许吸上真空度为6.4 m和5.0 m。解：由附录查得操作条件下清水的饱和蒸汽压，将已知的换算后代入便可求出。 由附录可知时， 由此可知泵的允许装高度为6. 用离心泵从敞口贮槽向密闭高位槽输送清水，两槽液面恒定。输水量为40 m3/h。两槽液面间垂直距离为12 m，管径为，管长(包括所有局部阻力的当量长度)为100 m，密闭高位槽内表压强为9.81104Pa，流动在阻力平方区，摩擦系数为0.015，试求：(1) 管路特性方程；(2) 泵的压头。解：(1）以贮槽液面为，并作为位能基准面，以高位槽液面为，在和之间列柏努利方程，得 其中： 代入上述数据可得 管路摩擦阻力损失 (以为单位） (2）将代入以为单位的计算式7. 用水对某离心泵做实验，得到下列各实验数据：Q/(L/min）0100200300400500H/m37.2383734.531.828.5泵输送液体的管路管径为76 mm4 mm、长为355 m(包括局部阻力的当量长度)，吸入和排出空间为常压设备，两者液面间垂直距离为4.8 m，摩擦系数可取为0.03。试求该泵在运转时的流量。若排出空间为密闭容器，其内压强为129.5 kPa(表压)，再求此时泵的流量。被输送液体的性质与水的相似。解：(1) 在贮水池液面和输水管出口内侧列柏努利方程，得 其中： (以为单位） 由此可得到管路特性方程： (1）泵的性能参数见表1。由表1的数据绘制如下的管路特性曲线，两曲线的焦点即为泵的工作点，此时即(2）在贮水池液面和管路出口液面上方之间列柏努利方程，得 其中：， ， ， 重复(1)绘制管路特性曲线的步骤，数如由表(1)最后一行所示。此管路特性曲线与泵特性曲线交点即为新的工作点。 表(1）离心泵的性能参数Q01002003004005000.001.673.3356.678.3337.8383734.531.828.54.86.511.5620.0431.9347.111819.724.7633.2445.1360.31 习题7附图8. 用两台离心泵从水池向高位槽送水，单台泵的特性曲线方程为；管路特性曲线方程可近似表示为，两式中Q的单位为m3/s，H的单位为m。试问两泵如何组合才能使输液量大?(输水过程为定态流动)解：两泵并联时，流量加倍，压头不变，故并联泵的特性曲线方程为并令并，可求得并联泵的流量，即，解得两台泵串联时，流量不变，压头加倍，故串联泵的特性曲线方程为串同理，解得结果表明，并联泵的流量高于串联泵的流量。9. 现采用一台三效单动往复泵，将敞口贮罐中密度为1250 kg/m3的液体输送到表压强为1.28106 Pa的塔内，贮罐液面比塔入口低10 m，管路系统的总压头损失为2 m。已知泵的活塞直径为70 mm，冲程为225 mm，往复次数为200 min-1，泵的总效率和容积效率分别为0.9和0.95。试求泵的实际流量、压头和轴功率。解：(1) 三效单动往复泵的实际流量其中，为泵的容积效率，其值为0.95，所以，(2) 在贮罐液面及输送管路出口外侧截面间列伯努利方程，并以贮罐液面为位能基准面，得其中， (表压) (表压) 所以管路所需的压头应为泵所提供，所以泵的压头为116.4m。(3) 往复泵的轴功率计算与离心泵相同，则10. 已知空气的最大输送量为14500 kg/h，在最大风量下输送系统所需的风压为1.28106 Pa(以风机进口状态计)。由于工艺条件的要求，风机进口与温度为40、真空度为196 Pa的设备连接。试选择合适的离心通风机。当地大气压强为93.3 kPa。解：由题知， 由附录25知可采用47211No.8C型离心通风机，性能如下： ，11. 15的空气直接由大气进入风机，再通过内径为800 mm的水平管道送到炉底，炉底的表压为10.8 kPa。空气输送量为20000 m3/h(进口状态汁)，管长为100 m(包括局部阻力的当量长度)，管壁绝对粗糙度可取为0.3 m。现库存一台离心通风机，其性能如下表所示。核算此风机是否合用?当地大气压为101.33 kPa。 转速/(r/min) 风压/Pa 风量/( m3/h)1450 12650 21800解：离心机的风速为： 查得时，则 又 查图知，其阻力损失压降 全风压 风量 (符合）由上面分析，此风机合用。12. 某单级双缸双动空气压缩机，活塞直径为300 mm，冲程为200 mm，每分钟往复480次。压缩机的吸气压强为9.807104 Pa，排气压强为34.32104 Pa。试计算该压缩机的排气量和轴功率。假设汽缸的余隙系数为8%，排气系数为容积系数的85%，绝热总效率为0.7。空气的绝热指数为1.4。解：往复压缩机的排气量，其中：， ，将此数据代入上式可得到： 所需的轴功率 其中： 13用三级压缩把20的