第2章流体输送机械与搅拌习题解答.pdf

1 第二章第二章 流体输送机械与搅拌流体输送机械与搅拌 习习 题题 1 用离心泵将密闭储槽中 20 的水通过内径为 100mm 的管道送往敞口高位槽 如附图所示 两储槽液面高度差为 10m 密闭槽液面上有一真空表 p1的读数为 600mmHg 真 泵进口处真空表 p3 读数为 294mmHg 真 出口管路上装有一孔板流量计 其孔径 d0 70mm 流量系数 C0 0 70 U 形水银压差计读数 R 170mm 管路总能量损失为 44J kg 试求 1 出口管路中水的流速 2 该泵的扬程 H 是多少 3 若 p3与 p4相距 0 1m 其间的阻力损失可忽略 则 泵出口处压力表 p4的指示值为多少 解 1 管内流量 233 00 2 2 9 81 0 17 13600 1000 0 70 0 785 0 0701 74 10 1000 i v gR qC Ams 故出口管路中水的流速为 3 2 2 1 74 10 2 22 0 785 0 1 4 V q um s d 2 在 1 1 截面 1 至 2 2 截面之间列机械能衡算式 可得 22 12 22 f pupu zHzH gggg 1122 12 以 1 1 为基准面 则 z1 0 z2 10m p1 600mmHg 80 0kPa p2 0 u1 u2 0 hf 44J kg 故该泵的扬程为 3 3 80 1044 1022 7 109 819 81 f h pp Hzzm gg 21 21 3 取 3 3 至 4 4 两截面建立机械能衡算式 可得 22 34 22 f pupu zHzH gggg 3344 34 以 3 3 为基准面 则 z3 0 z4 0 1m p3 294mmHg 39 2kPa u3 u4 34 0 f H 3 34 3 39 2 10 0 122 618 5 109 81 f pp zzHHm gg 43 34 习题 1 附图 2 故所求的泵出口处压力表 p4的读数为 35 109 81 18 51 83 10p 4 表 2 某离心水泵的经实验测定 得到如附表所示的特性曲线数据 若工业离心泵输液管路的管 径为 68 3mm 长为 280m 包括局部阻力的当量长度 吸入液面和输送液面均为敞口容器 其高 度差为 5 3m 管路摩擦系数为 0 028 试求该泵在运转时的流量 解 对泵吸入液面和输送液面间列柏努利方程 得 2 12f pu HzH gg 因两液面敞口 即 p1 p2 101 3kPa u1 u2 0 z 5 3m 且阻力损失为 2 222 12 2525 88 0 028 280 168 7 23 140 0629 8 fvvv l ul Hqqq dd g 2 52 12 5 37 078 10 vf pu HzHq gg H m qv m3 s 380 32 3 0 5 10 15 20 25 30 35 40 050100 150 200 250 300 350 400 450 500 qv L min H m 离心泵特性曲线 管路特性曲线 根据泵特性曲线与管路特性曲线的交点 可知该泵在工作点下的流量为 380L min 3 将一敞口贮槽中的水用泵输送到另一敞口高位槽中 两槽之间的垂直距离为 25m 在指定 输液量下 泵对水的做功为 273 6J kg 管内摩擦系数 为 0 022 吸入和压出管路总长为 180m 包 括管件及局部阻力的当量长度 输水管尺寸为 89 3 5mm 水的 密度取 1000kg m3 泵效率为 65 3 试求 1 输水量 2 泵的 轴功率 解 1 对两槽液面间列机械能衡算式 可得 qV L min 0 100 200 300 400 500 H m 39 38 5 37 2 35 1 31 5 27 8 习题附图 3 3 22 1122 12 12 22 f upup z gWz gh 因两槽敞口 即 p1 p2 101 3kPa u1 u2 0 z1 z2 25m 且阻力损失为 22 2 12 180 0 02224 1 20 0822 f l uu hu d 带入机械能衡算式中 有 2 273 625 9 8124 1 u 解得 输水管内流速为 u 1 08m s 因此所求的输水量为 223 0 785 0 0821 08 360020 6 4 v qd umh 2 该离心泵的有效功率为 1 273 6 20 6 36001 57 eV PgHqkW 根据泵效率的计算式 得所求该泵的轴功率为 1 57 2 40 65 3 e a P PkW 4 如附图所示的输水系统 已知阀门全开时 输送管为 56 3mm 长度 50m 包括局部阻力 的当量长度 摩擦系数 0 03 的管路 若泵的性能曲线在流量为 6 15m3 h 范围内可用下式描述 0 8 18 920 82 V Hq 式中 H 为泵的扬程 m qV为泵的流量 m3 h 试求 1 如生产流量为 10m3 h 输送单位质量与单位重量的水所需外加功各为多少 此泵能否完成 任务 2 如通过关小出口阀门使输送量减至 8m3 h 泵的轴功率减少百分之多少 设泵的效率变化 忽略不计 解 1 由题意 知管内流速为 2 2 10 3600 1 41 0 785 0 05 4 V q um s d 对 1 1 截面至 2 2 截面之间列机械能衡算式 可得 22 12 22 f pupu z ggHz gh 1122 12 若以 1 1 截面为基准面 则 z1 0 z2 10m p1 p2 0 表 u1 u2 0 阻力损失 22 12 501 41 0 0330 0 20 052 f l u hJ kg d 故所求输送单位质量水所需的外加功为 12 10 9 81 30 0128 f gHz ghJ kg 2 4 输送单位重量水所需的外加功为 外加扬程 12 30 0 1013 1 9 81 f h Hzm g 2 根据该泵的特性曲线 知 qV 10 m3 h 时泵的扬程为 0 8 18 920 82 1013 813 1Hmm 故该泵能够满足生产任务要求 2 qV 8m3 h 时泵的扬程为 0 8 18 920 82 814 6Hm 该泵的轴功率当 qV 10 m3 h 时为 eV a PgHq P 该泵的轴功率当 qV 8m3 h 时为 eV a PgH q P 因此所求泵的轴功率减少率 13 8 10 14 6 8 100 15 4 13 8 10 aaVV aV PPg HqH q PgHq 5 某离心泵在 2900rpm 条件下的特性曲线为 H 30 0 01qV2 m 液体管路的特性曲线为 HR 10 0 05qV 2 m qV的单位为 m3 h 试求 1 此时输水量为多少 2 将转速调节成 2750rpm 时的流量及扬程 3 若要求输水量为 16m3 h 可采取什么措施进行调节 解 1 联立泵与管路的特性方程 可得 2 2 H 300 01 H 100 05 V V q q 故该泵对应的流量 qV与扬程 H 为 3 18 3 H 26 7 V qmh m 2 n 1700r min 时 由于 29002750 5 17 20 2900 nn n 因此特性曲线变化满足比例定律要求 即 VV n qq n H n n H 2 则该泵在 n 转速下的特性方程变为 22 2 300 01 V nn Hq nn 5 整理后可得 22 222 2750 300 01300 0126 980 01 2900 VVV n Hqqq n 与管路特性方程 H 10 0 05qV2联立 可得 n 转速下的流量 qV 与扬程 H 为 qV 16 8m3 h H 24 1m 3 若要求输水量为 16m3 h 可采取的措施为降低泵的转速或关小出口阀门开度 如需长时间 调节该输水量 也可采用切割叶轮直径的方法 6 从敞口水池向表压为 0 025MPa 的高位槽内输水 生产任务要求的输水量为 50t h 已知高 位槽液面距水池液面的垂直距离为 25m 管路总阻力为 5 66J N 试通过计算选取一种合适型号的清 水泵 解 对水池液面 1 截面至高位槽液面 2 截面间列柏努利方程 可得 22 12 22 f pupu zHzH gggg 1122 12 若以 1 1 截面为基准面 则 z1 0 z2 25m p1 0 p2 25kPa 表 u1 u2 0 12 5 66 f Hm 则所需泵提供的外加能量 12 2500 255 6633 2 1000 9 8 f p HzHm g 要求的输水量为 3 3 3 50 10 50 10 m v q qmh 查附录 14 离心泵规格可得 应选取的清水泵型号为 IS 80 50 200 7 将某减压精馏塔釜中的液体产品用离心泵输送至高位槽 釜中真空度为 6 67 104Pa 其中 液体处于沸腾状态 即其饱和蒸汽压等于釜中绝对压强 泵位于地面上 吸入管总阻力为 0 87m 液 柱 液体的密度为 986kg m3 已知该泵的允许汽蚀余量 NPSH re 4 2m 试问该泵的安装位置是否适 宜 如不适宜应如何重新安排 解 对精馏塔釜液面 0 截面至泵入口液面 1 截面间列柏努利方程 可得 22 01 22 f pupu zzH gggg 0011 01 若以 0 0 截面为基准面 则 z0 0 z1 Zs 安装高度 p0 66 7kPa 真 p1 0 u1 u2 0 01 0 87 f Hm 查附录 5 可知 20 水的饱和蒸汽压为 pV 2 335kPa 由允许汽蚀余量的定义 可得泵的最大安装高度为 3 0 max 01 101 366 72 335 10 0 874 21 77 986 9 8 v Sfre pp ZHNPSHm g 故地面上安装该泵不合适 需要将泵埋入地下或上移精馏塔 6 8 某往复压缩机相对余隙容积系数为 0 08 压缩比为 6 膨胀过程多变指数为 1 25 试求 1 压缩机的容积系数 2 当压缩比增大到多少时压缩机无法吸入气体 解 1 由题意 知压缩机的容积系数为 1 1 1 25 21 1 11 0 08610 745 V pp 2 当压缩比很高时 V 趋近 0 不能吸入新的气体 根据0 V 可得 1 21 11pp 即 1 1 25 21 0 08 11pp 故所求压缩比的极限值为 1 25 2 max 1 1 125 9 0 08 p r p 9 在多级往复压缩机中的某一级 将氨自 1 47 105Pa 表压 压缩到 1 08MPa 表压 若生 产能力为 450 m3 h 标准状况 总效率为 0 7 气体进口温度为 10 试计算该级压缩机所需功率 及氨出口时的温度 设压缩机内进行的是绝热过程 氨的绝热指数为 1 29 解 由题意 知 p1 1 47 105Pa 表 p2 1 08 106Pa 表 T1 263K Q0 450 m3 h 标况 0 7 1 29 根据气体 P V T 方程 知吸入的氨气量为 5 3 01 0 5 10 1 01 10263 450176 6 1 471 01 10273 d pT QQmh p T 则所求氨出口温度为 1 0 29 1 29 2 21 1 10 8 1 01 263373 1 47 1 01 p TTK p 压缩机所需理论功率为 1 2 1 1 0 29 1 29 5 1 1 176 61 2910 8 1 01 1 47 1 01 101 100022 7 36000 291 47 1 01 ad theod p Pp Q p kW 因此所求压缩机的实际功率 22 7 32 5 0 7 theo T P PkW 10 标准构型搅拌槽的叶轮直