新版化工原理习题答案(02)第二章 流体输送机械

第二章 流体输送机械 1用离心油泵将甲地油罐的油品送到乙地油罐。管路情况如本题附图所示。启动泵之前A、C两压力表的读数相等。启动离心泵并将出口阀调至某开度时，输油量为39 m3/h，此时泵的压头为38 m。已知输油管内径为100 mm，摩擦系数为0.02；油品密度为810 kg/m3。试求（1）管路特性方程；（2）输油管线的总长度（包括所有局部阻力当量长度）。习题1 附图解：（1）管路特性方程甲、乙两地油罐液面分别取作1-1与2-2截面，以水平管轴线为基准面，在两截面之间列柏努利方程，得到 由于启动离心泵之前pA=pC,于是=0则 又 mh2/m5=2.5102 h2/m5则 （qe的单位为m3/h）（2）输油管线总长度m/s=1.38 m/s于是 m=1960 m2用离心泵（转速为2900 r/min）进行性能参数测定实验。在某流量下泵入口真空表和出口压力表的读数分别为60 kPa和220 kPa，两测压口之间垂直距离为0.5 m，泵的轴功率为6.7 kW。泵吸入管和排出管内径均为80 mm，吸入管中流动阻力可表达为（u1为吸入管内水的流速，m/s）。离心泵的安装高度为2.5 m，实验是在20 ，98.1 kPa的条件下进行。试计算泵的流量、压头和效率。解：（1）泵的流量由水池液面和泵入口真空表所在截面之间列柏努利方程式（池中水面为基准面），得到将有关数据代入上式并整理，得m/s则 m3/h=57.61 m3/h(2) 泵的扬程(3) 泵的效率=68%在指定转速下，泵的性能参数为：q=57.61 m3/h H=29.04 m P=6.7 kW =68%3对于习题2的实验装置，若分别改变如下参数，试求新操作条件下泵的流量、压头和轴功率（假如泵的效率保持不变）。（1）改送密度为1220 kg/m3的果汁（其他性质与水相近）；（2）泵的转速降至2610 r/min。解：由习题2求得：q=57.61 m3/h H=29.04 m P=6.7 kW（1）改送果汁改送果汁后，q，H不变，P随加大而增加，即 (2) 降低泵的转速根据比例定律，降低转速后有关参数为 4用离心泵（转速为2900 r/min）将20 的清水以60 m3/h的流量送至敞口容器。此流量下吸入管路的压头损失和动压头分别为2.4 m和0.61 m。规定泵入口的真空度不能大于64 kPa。泵的必需气蚀余量为3.5 m。试求（1）泵的安装高度（当地大气压为100 kPa）；（2）若改送55 的清水，泵的安装高度是否合适。解：(1) 泵的安装高度在水池液面和泵入口截面之间列柏努利方程式（水池液面为基准面），得即 m（2）输送55 清水的允许安装高度55 清水的密度为985.7 kg/m3，饱和蒸汽压为15.733 kPa则 =m=2.31m原安装高度（3.51 m）需下降1.5 m才能不发生气蚀现象。5对于习题4的输送任务，若选用3B57型水泵，其操作条件下（55 清水）的允许吸上真空度为5.3 m，试确定离心泵的安装高度。解：为确保泵的安全运行，应以55 热水为基准确定安装高度。泵的安装高度为2.0 m。6用离心泵将真空精馏塔的釜残液送至常压贮罐。塔底液面上的绝对压力为32.5 kPa(即输送温度下溶液的饱和蒸汽压)。已知：吸入管路压头损失为1.46 m，泵的必需气蚀余量为2.3 m，该泵安装在塔内液面下3.0 m处。试核算该泵能否正常操作。解：泵的允许安装高度为式中 则 泵的允许安装位置应在塔内液面下4.26m处，实际安装高度为3.0m，故泵在操作时可能发生气蚀现象。为安全运行，离心泵应再下移1.5 m。7在指定转速下，用20 的清水对离心泵进行性能测试，测得qH数据如本题附表所示。习题7 附表1 q (m3/min)00.10.20.30.40.5H /m37.238.03734.531.828.5在实验范围内，摩擦系数变化不大，管路特性方程为（qe的单位为m3/min）试确定此管路中的q、H和P(=81%)习题7 附图qeHeMqH解：该题是用作图法确定泵的工作点。由题给实验数据作出qH曲线。同时计算出对应流量下管路所要求的He，在同一坐标图中作qeHe曲线，如本题附图所示。两曲线的交点M即泵在此管路中的工作点，由图读得q=0.455 m3/min，H=29.0 m，则习题7 附图 q / (m3/min)kW=2.66 kW习题7 附表2qe / (m3/min)00.10.20.30.40.5He /m12.012.815.219.224.832.0注意：在低流量时，qH曲线出现峰值。8用离心泵将水库中的清水送至灌溉渠，两液面维持恒差8.8 m，管内流动在阻力平方区，管路特性方程为 （qe的单位为m3/s）单台泵的特性方程为 （q的单位为m3/s）试求泵的流量、压头和有效功率。 解：联立管路和泵的特性方程便可求泵的工作点对应的q、H，进而计算Pe。管路特性方程 泵的特性方程 联立两方程，得到 q=4.52103 m3/s H=19.42 m则 W=861 W9对于习题8的管路系统，若用两台规格相同的离心泵（单台泵的特性方程与习题8相同）组合操作，试求可能的最大输水量。解：本题旨在比较离心泵的并联和串联的效果。（1）两台泵的并联解得： q=5.54103 m3/s=19.95 m3/h(2) 两台泵的串联解得： q=5.89103 m3/s=21.2 m3/h在本题条件下，两台泵串联可获得较大的输水量21.2 m3/h。10采用一台三效单动往复泵，将敞口贮槽中密度为1200 kg/m3的粘稠液体送至表压为1.62103 kPa的高位槽中，两容器中液面维持恒差8 m，管路系统总压头损失为4 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，泵的容积效率和总效率分别为0.96和0.91。试求泵的流量、压头和轴功率。解：（1）往复泵的实际流量m3/min=0.499 m3/min(2)泵的扬程m=149.6 m(3)泵的轴功率kW=16.08 kW11用离心通风机将50 、101.3 kPa的空气通过内径为600 mm，总长105 m（包括所有局部阻力当量长度）的水平管道送至某表压为1104 Pa的设备中。空气的输送量为1.5104 m3/h。摩擦系数可取为0.0175。现库房中有一台离心通风机，其性能为：转速1450 min-1，风量1.6104 m3/h，风压为1.2104 Pa。试核算该风机是否合用。解：将操作条件的风压和风量来换算库存风机是否合用。Pa=106300Pakg/m3=1.147 kg/m3m/s=14.40 m/s则 Pa=10483 PaPa=10967 Pa库存风机的风量q=1.6104 m3/h，风压HT=1.2104 Pa均大于管路要求（qe=1.5104 m3/h，HT=10967 Pa），故风机合用。12有一台单动往复压缩机，余隙系数为0.06，气体的入口温度为20 ，绝热压缩指数为1.4，要求压缩比为9，试求（1）