化工原理 修订版 天津大学

1、第二章 流体输送机械习题 3/h时，泵出口处压强表1. 在用水测定离心泵性能的实验中，当流量为26 m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，2?21?1得 22pupu?2112H?H?zz? 2e?f21,1?g2gg2g45m0.4z?z?Pa?10p?1.522.47?10(Pa表压)p?(表压) 其中： 1221

2、?uu? 0H?212f,1?则泵的有效压头为： 5p?p10?(1.52?0.247)12H?(z?z)?0.4?18.41m 12e3?g10?9.813?HQ10?18.4126?ee?53.2%100%? 泵的效率 102N3600?102?2.45该效率下泵的性能为： 3?h/Q?26m?53.2%N?2.45kWH?18.14m 3/h的流量将贮水池中65的热水输送到凉水塔顶，并2. 用某离心泵以40 m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

3、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 21?2?122pupu?2121Hz?z?H? 1?f,12e2?g2gg2g2u?p?HH?z? e2f,1?g2g?32?m/980kg?0?ukPa?49?pm?8z? 其中： m6?5?H?12,1?f310?49?6?19.1mH?8? e980?9.813ISm19.1H?hm/Q?40型水泵系列特性曲线根据，输送流体为水，在 ，eIS?80?65?125型泵弧线下方，故可选用上做出相应点，该点位于(参见教材3/mhQ?50min29

4、00r/，由教材附录24(1)113页），其转速为查得该泵的性能， ?(NPSH)?3.0mH?20m75%?kWN?6.3 ，必需气蚀余量，reo4C65Pa10?2.554?p 时， 由附录七查得vp?pva?(NPSH)?HH? 泵的允许安装高度 1?rgf,0?g101330?25540?3.88m1?3.0? 980.5?9.813，黏度小于20 cSt760 kg/m，在贮3. 常压贮槽内盛有石油产品，其密度为3/h的流65Y-60B型油泵将此油品以15 m80kPa存条件下饱和蒸气压为，现拟用量送往表压强为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

5、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H,Q的值，然后与泵能提供的压头数值比较。 ee由本教材的附录24 (2)查得65Y-60B泵的性能如下： 3?kW?3.75NH?38mh/Q?19.8m?55%min2950r?r/， ， ，ee(NPSH)?2.7m r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2?21?1为位能基准面，得 11?22pupu?2121H?z?z?H? 2?f2e1,

6、1?g22gggp?0(表压)p?177kPa(表压)u?u?0mz?5z? 其中， 212112?3?m/760kg? m54?H?1?f,1?2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 310?177H?5?5?33.74m?H?38m e760?9.8133/mh?Q?Q?15m19.8/h，符合要求。所需流量 e 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： p?pva?(H?NPSH)?H 1g,0?fr?g310?(101.33?80)?2.7?1?0.84m? 760?9.81?1.2mH，故此泵能正常使用。

7、泵的安装高度 低于安装高度 g4. 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。 o3?3?C20?1mPa?sPa2.3346?10p 解：查得 时， mkg/?1000v水A352C?0.69

8、00.49?()? 第一章图1-33，得，由教材 由 (上册) 0A501 可知，通过孔板流量计孔口的流速为： ?)gR2(?OHHgCu? 200?OH2 30.859.81?10?2?(13.6?1) ?0.69310?10m/s 由于各段体积流量相等。则出口管路中流体的速度为 A0u?0.49?9.99?4.9m/s ，?u 1A1?ud0.05?4.9?1000511C10?2.45?Re是常数。 校核雷诺数，故 0?3?1?10502)?1.225m/su?4.9?(水在进口管路中的流速 11002p?puv11?(NPSH)? 气蚀余量 ?g2g21.2252334.613.6?5

9、50)?9.81?(760? 310?9.812?9.81?2.69m ?33pp?1013.6?10550?9.81?1a?H?7.48m 允许吸上真空度， s3?g10?9.815. 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。3/h，在最大流量下吸入管路的压头损失为1 m，液体在吸入输水量为3545 m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。 H?5m换算后代解：由附录查得操作条件下清水的饱和蒸汽压，将已知的S2u?1H?)(H?HH。 入便可求出 10?gfsg2go3

10、3?C70Pa?10?31.164 ，由附录可知时 m?977.8kg/v水?pp1000va?10)?(?0.24)?H?H?( ? ss?pg?OHHOa2233?1010?31.164100098.1?10)?(?0.24)?5?( ? 3977.8?9.819.81?10977.8?2.037m 2u?1H?2.307?1?0?1.037mH?H?由此可知泵的允许装高度为 S?1gf,02g6. 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3?102mm?4mm，管长(m，管径为40 m包括所有/h。两槽液面间垂直距离为12 4Pa，10流动在阻力，)为100 m密闭

11、高位槽内表压强为9.81局部阻力的当量长度平方区，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， 221?1?在和之间列柏努利方程，得 221?1?2u?p?HH?z? e2f,1?g2g32kPa10p?98.1?u0?m12?z? 其中： 代入上述数据可得 31098.1?HH?12?H?22 e?2f,1f,1?2310?9.81?l?ll?l22Q8u?ee?e 管路摩擦阻力损失 )(?H)( 2,1?f42?ddgd2g1000832422m/s?Q?1.689?100.015?QQ( 以 为单位）

12、 eee22?0.094?9.810.09442Q10?221.690?H ee3360040/Q?/sm为单位的计算式(2）将 代入以4024)?(24.1m1.690H?22?10 36007. 用水对某离心泵做实验，得到下列各实验数据： ）/(L/minQ0 /m H37.2 10020030040050028.531.834.53738 ?76 mm4 mm、长为泵输送液体的管路管径为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)，

13、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 2u?p?HH?z? e2f,1?g2g4Q32e0u?/smm4.8?z?u为单位）以 其中： ( Q 1e22?d?l?l2ue?0?p? ()H? 2f,1?d2g由此可得到管路特性方程： ?216Q355?e0.03?H?4.8? ?e23?10?4?276?3?10g?4?276?2?52Q1.6842?10?4.8? (1） e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?33/s?6.67?10mQ400L/min 即点即为泵的工作点，此时(2）在贮水池

14、液面和管路出口液面上方之间列柏努利方程，得 ?l?l22up?u?e? (?)?H?z e?g2gd2g4Q3e0u?Pa10?129.5?p?z?4.8m?u ，其中：， 122?d23Q16355?10129.5e?(0.03?)?H?4.8? e23?d2g10?9.810.06852Q1018.0?1.6842? e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。?33/10msQ?5.20?310L/min 表(1）离心泵的性能参数 Q L/min 0 100 200 300 400 500 3 10Q?e3sm/ 0.0

15、0 1.67 3.33 5 6.67 8.33 H m37.8 38 37 34.5 31.8 28.5 H e m4.8 6.5 11.56 20.04 31.93 47.11 H e m18 19.7 24.76 33.24 45.13 60.31 605040m30 /H201005002003004000100/(L/min)Q 7附图习题为线方程曲，单台泵的特性水高从台8. 用两离心泵水池向位槽送2625Q1?10?H?25Q?10?H?101，两式中；管路特性曲线方程可近似表示为ee3 的单位为Hm。，的单位为Qm/s) 输水过程为定态流动试问两泵如何组合才能使输液量大?( 两泵并

16、联时，流量加倍，压头不变，故并联泵的特性曲线方程为解：610?1262?25Q?25?2.5?10Q H并 45262H?HQ2.5?Q10?2510?1?10?，可求得并联泵的流量，即令 并e3/h0.00655mQ? 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 6262Q?10)?50?2(25?1?10?Q2 H串52623/h0.00436QmQQ?50?2?1010?1?10? ，解得同理，结果表明，并联泵的流量高于串联泵的流量。 3的液体输1250 kg/m9. 现采用一台三效单动往复泵，将敞口贮罐中密度为6 Pa的塔内，贮罐液面比塔入口低10 m送到表压强为1

17、.2810，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 -1，泵的总效率和容积效率分别为0.9和min0.95。试求泵的实际流量、压头和轴功率。 ?ASn?3Q 三效单动往复泵的实际流量解：(1) rV?222?m0.07?0.00385D?A ，为泵的容积效率，其值为0.95其中， V44?1mS?0.225minn?200 ，r3/min0.494m?0.225?200?0.00385Q?3?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2?21?1贮罐液面为位能基准面，得 22pupu?2211H?H?

18、z?z? 2,12e1?f?g2gg2g60?10mpz?0z?Pa101.28?p?( 表压) (表压其中，) 12123?0?um/1250kg?0?um?2H 212?f,16101.28?p?H?10?2?116.4mH?z?所以 ef?9.81?1250g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 ?116.4?0.494?1250HQ?13.05kWN? ?60?102?1020.910. 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6 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

19、为压为1.281040、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。 H?1600Pah?14500kg/Q 解：由题知，T由附录25知可采用47211No.8C型离心通风机，性能如下： 3?h/Q?14100m?91%1941.8Pap?N?/r?2000rmin10.0kW ，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3/h(进口状态汁)20000 m，管长到炉底，炉底的表压为10.8 kPa。空气输送量为为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

20、。核算此风机是否合用?当地大气压为101.33 kPa。 3/h) /( m 风量 /(r/min) 转速 风压/Pa 1450 12650 21800 解：离心机的风速为： 20000?11.05mu?/s ?2?0.8)(3600? 435o?m/?1.2kgsgPa1510Cu?1.81? ，时，查得?0.8?11.08?du1.25?5.86Re?10 则 ?5?1.81?10?0.3?0.00375? 又 800d?Moody?0.017 查图知，2211.05100lu?g?0.017?1.2155.68?Pa?R? 其阻力损失压降 f20.82d2?u?R(P?P)H? 全风压 f21T2211.05?1.23?1010.8?11029?12650?155.68 23/h21800mQ?20000?(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44 Pa10。1034.32 Pa，排气压强为分钟往复480次。压缩机的吸气压强为9.807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。 ?A