化工原理习题汇总

1、1. 如图 2-1 用离心泵将 20的水由敞口水池送到一压力为 2.5atm的塔内，管径 为1084mm 管路全长 100m(包括局部阻力的当量长度，管的进、出口当量长度也包括在内 )。已知：水的流量为 56.5m3h-1，水的粘度为 10-3 PaS，密度为 1000kgm-3 ，管路摩擦系数可取为 0.024，计算并回答：(1)水在管内流动时的流动形态； (2) 管路所需要的压头和功率；解： 已知： d = 108-2 4 = 100mm = 0.1m2 2 -2A=(/4)d 采用 IS80-65-125 水泵从一敞口水槽输送 60热水。最后槽内液面将降到 = 3.14(1/4)0.12

2、 = 0.78510-2 m3l+le =100mqv = 56.5m泵人口以下 2.4m。已知该泵在额定流量 60m3/h下的(NPSH)r为 3.98m，60水/h-2u = q/A = 56.5/(36000.78510-2) = 2m/s = 1cp = 10-3 Pa S =1000 kg.m-3, = 0.024 Re = du/=0.121000/10-3 = 210问该泵能否正常工作。 4000 水在管内流动呈湍流 以 1-1 面为水平基准面 ,在 1-1 与 2-2 面间列柏努利方程： 2Z1 +(u12/2g)+(p1/g)+H2=Z2+(u22/2g)+(p2/g)+Hf

3、Z1=0, u1=0, p = 0 (表压 ), Z2=18m, u2=04p2/g=2.59.8110的饱和蒸汽压 Pv为 19.92kpa、为 983.2kg/m3，泵吸入管路的阻力损失为 3.0m，/(10009.81)=25m2Hf =(l+le )/d(u 2/2g)2 =0.024(100/0.1)22/(29.81) = 4.9mH = 18+25+4.9 = 47.9mH g ，允许pg0 pgv NPSH rHf011.013 105983.2 9.8119.92 103983.2 9.813.98 3.0 1.46m 2.4mNe = Hqvg = 47.9 10009.8

4、156.5/3600 = 7.4kw解： 该泵不能正常工作说明安装高度偏高。3. 用泵将苯和甲苯的混合物送到精馏塔， 精馏塔操作压强为 0.5at ，原料槽压强 为 0.1at 。管路总长为 20（包括全部局部阻力的当量长度） ，管路直径为 50mm， 摩擦系数为 0.02 。密度为 800kg 3。离心泵的特性曲线可表示为 e201.12 105V 2，式中 V以 3/s 表示。试求原料输送量及泵的理论或有效功率为多少？答：管路特性曲线 :4 2 2He=8+(0.5-0.1) 9.81 104/(800 9.81) +8 0.02 20V 2/( 2 9.81 0.05 5)=13+1.0

5、6 105V 2=20-1.12 105V 2V=5.67 10-3m3/sHe=20-1.12 105(5.67 10-3) 2=16.4mNe=HeVg=16.45.6710-38009.81=729.8 w4 以某离心泵自敞口水槽输水至塔内。升扬高度10m，泵的特性 : He=40-7.2 04V2( He-m , V-m3/s) 。塔内的 p为1at ( 表). 流量为 11 L/s. 若用此泵改输 =860kg/m3的油品, 阀开启度、管路、液位差及 P值不变,问:油品流量及离心泵 的有效功率为多少 ?答：(1) 输水:V = 11L/s 时,He = 40-7.2 104(11/1

6、000) 2 = 31.3 m管路特性 : He= ( z2- z1)+( p2- p1)/( g)+ KV 2, 又 He= He2即 31.3=10+10+ K(11/1000) 24 3 2K = 9.34 104 m/(m3/s) 2(2)输油品:泵的特性: He = 40-7.2 104V 2 管路特性 : He= 10+10/0.86+9.34 104V 2 由 He = He 解得 V = 0.0105 m 3/s 则 He = 40-7.2 1040.01052 = 32.1mNe = HeV g = 32.1 0.01058609.81 = 2.84 103W5. 用离心泵输

7、水在 n = 2900 r/min 时的特性为 He = 30 0.01 V 2，阀全开时管路 特性为 He= 10 0.04 V 2 ( 二式中He、He-m , V-m3/h) 。试求： (1)泵的最 大输水量。 (2)要求输水量为最大输水量的 75%，且采用调速方法， 泵的转速为多少？答：2(1) 泵：He = 30 0.01V 2 管路： He=10+0.04V 2 He = He ，解得 V= 20m3/h(2) V =0.75 V=15 m3/h离心泵的比例定律为： V / V=n/ 2900，He/He=( n/ 2900) 2令调速后转速为 n r/minHe =( n ) 2

8、He V = n V2900 2900泵: (2900 2/n 2) He=30 0.01 (29002/n 2)V2 又因为管路曲线不变，又知流量可以求出压头： He= 10 + 0.04V 2 = 10 + 20.04 152=19 m He = He 变速后的泵的特性方程中压头、流量已知，只有 n 为未知数。 即可求得：调速后的转速为 2441 r/min 。6. 有两台型号相同的离心泵，单泵性能： He=428.7 105V2 ( He-m ，V-m3/s) 。 当此二泵串联操作， 可将 5.53L/s 的水由低位槽输至高位槽。 两槽皆敞口， 两槽 水位高度差 12.5m。输水管终端浸

9、没于水槽水中。问：若此二泵改为并联，水流 量为多少？答： (1) 二泵串联：泵：He = 2(42-8.7 105V 2) = 84-17.4 1050.005532= 30.79m 22管路： He= H0+KV 2 = 12.5+K 0.005532= 30.79m5 3 2 K = 5.98 105 m/(m3/s) 2(2) 二泵并联：52泵：He = 42-8.7 105( V/2) 2管路： He= 12.5+5.98 105V2He = He解得V= 6.01 10-3 m3/s = 6.01L/s7. 用离心泵向水洗塔送水 ,在泵出口阀全开时 , 管路特性曲线方程为 :H =2

10、0+1.1 105V 2式中:V 管路中的流量 ,m3/s在 V=0.013m3/s 流量下 , 泵提供的扬程为 45m。为适应泵的特性 , 将泵出口阀关小 以增加管路阻力。试求: 因增加阻力而多消耗的功率 , 并写出关小阀门后管路的特 性曲线方程。答： H=20+1.1105V2=20+1.11050.013 2=38.59mH=He- H=45-38.59=6.41m增加局部阻力多消耗的功率为分V -m3/sNe=VgH=0.01310009.816.41=817.5w 关小阀门后管路特性曲线方程为 : 5H =20+k V 22 45=20+ k (0.013) 25 5 2 解 k =

11、1.479 105 H = 20+1.479105V 28、用 20清水测定某台离心泵性能时，在转速为 2900r/min 下，得到的试验数 据为：流量 12.5L/s，泵出口处压强表读数为 255Kpa，泵入口处真空表读数为 26.66Kpa，两测压点的垂直距离为 0.5m，功率表测得电机所耗功率为 6.2Kw ， 泵由电机直接带动，传动效率可视为 1，电机效率为 0.93，泵的吸入管路与排出 管路的管径相同。求： （1）该泵的效率；（2）列出泵在该效率下的性能。 答案与评分标准（1）求 解：求泵的压头 H。以真空表和压强表所在的截面为 1-1和 2-2，列出以 1N 为衡算基准的柏努力方程

12、式：（ 2 分）22z1u1p1H z2u2p2H f1 2（2 分）12gg 22g g f1 2确定各量： z2z10.5m，u1=u2，p1=-26.66Kpa （表压）， p2=255Kpa （表压）， 因两测压口距离短，故 H f1-2 0。（ 1 分）各量代入后可求出：552.55 105 0.2666 105H 0.5+029.21m (2 分)1000 9.81求泵的轴功率 N：已知 N 电机 6.2Kw ，电机0.93， 传1N 轴 6.2 0.93 1 5.766 Kw 5.77 Kw （1 分）QH g 12.5 10 3 29.21 1000 9.81求泵的效率： 0.

13、62162.1 （ 21000N 轴 1000 5.77分）（2）列出该泵的主要性能： n2900r/min ，Q12.5L/s，H29.21m，N5.77Kw，62.1。 （1 分）9、某离心泵性能实验中，当泵入口处真空表读数为 56KPa 时，恰好出现气蚀现 象，求在操作条件下的气蚀余量 NPSH 和允许吸上真空度 Hs。当地大气压为 100KPa， 20时水的饱和蒸气压为 2.238KPa。动压头可忽略。 答案与评分标准2解：（1）求气蚀余量 NPSH 可根据定义式： NPSH p1 pv u1 （2分）g 2g2 分）其中， p1 pa p真空度 10056 44KPa则：NPSH3(

14、44 2.238) 1031000 9.814.26m1 分）2题给：pr 2.238KPa ，动压头可略，则 u1 0 （1分）2g2）求允许吸上真空度 HsHspap1g56 1031000 9.815.71m2 分）10、某车间用 3B33 型离心泵将敞口贮槽中的水送至它处，槽内水位恒定，输送 量为 4555m/h，在最大流量下吸入管路的压头损失为 1m，液体在吸入管路中 的动压头可略。泵安装地区的大气压为 9.811055m3/h 所对应的 Hs 值（ 3m ）Pa。3B33 型离心泵的部分性能 数据如下表。求：（1）输送 20清水时泵的安装高度。 （2）若改为输送 65清 水时，泵的

15、安装高度。流量 Q （m3/h）压头 H（ m）转速 n（ r/min ）Hs（m）3035.629007.04532.65.05528.83.0答案与评分标准解：（ 1） 输送 20清水时，泵的安装高度可由下式计算：2u1Hf0 1 1m，10f0 1 2g2Hg Hs 2g H f0 1 （2分），题给：且由泵的性能看出Q 升高、 Hs 下降，应以最大输送量分）。有关量的确定：Hs 3m， Ha 9.81 104Pa 10mH 2O ，查附录 65水的2）输送 65水：应按此式校正：pv 2.5 104 Pa ，密度980.5Kg / m3，（2分）代入上式得：H s 3 0 (42.5

16、1049.81 1030.24) 1000 0.705m980.51 分）来确定泵的安装高度。且本题中输送条件与泵出厂时实验条件相符，故H s H s 3m2m 低（ 0.51m）。2 分）代入上式可得： H g 3 0 1 2m 。泵的实际安装高度还应比pv 1000Hs Hs (Ha 10) (9.81pv103 0.24).1000而 H g H s u1H f 0 1 0.705 0 1 0.295m ， 实 际 安 装 高 度 还 应 比2g-0.295m 低（ 0.51m）。Hg 为负值，表示泵应安装在液面下。11、如图所示， 某车间要将地面敞口贮槽内密度为1120Kg/m 3的溶

17、液送至高位槽内， 槽内表压强为 3.92104Pa，需要的送液量为 120 m3/h ，输送管路为 1404.5mm的钢管，其计算 总长度为 140m（包括直管长度和所有局部阻力的当量长度），两液面高度差 z 11m，摩擦系数为 0.03 。试问能否送用 n 2900r/min 、Q132m3/h 、H30m的离心水泵？答案与评分标准解：（ 1）必须计算出输送系统所需的流量、压头与离心泵的Q、H 进行比较后才能确定能否选用该泵。在图（ 2分）中 1-1与2-2间列 式： He z u p Hf1 2（2分） 2g g2）各量确定： z11m，u0， p p2 p1 3.92 104 pa（表压

18、 ）2.474m/ s2 分）120/ 3600 u2(0.131)24H f1 2l led2u20.032g1400.1312(2.474)22 9.819.97m2 分）3） 求 He。把以上各值代入，可得：3.92 104He 11 9.97 24.54m (1 分)1120 9.81（ 4） 确定能否选用。输送系统所需的流量 Qe120 m3/h，压头 He24.54m ，而离心泵能提供的流量 Q 132 m3/hQe，提供的压头 30mHe；且溶液的性质与水相近，故能选用该水泵。（3 分）12、离心泵在一定输送流量范围和转速下，压头和流量间关系可表示为H25 2.0Q （式中 H

19、单位为 m，Q 单位为 m3/min ）。若将该泵安装在特定管路内， 该管路特性方程可表示为23He 20 1.86Qe 。（式中 H 单位为 m，Qe 为 m3/min ）。试求：（ 1）输送常温下清水时， 该泵的流量、压头和轴功率。（2）输送密度为 1200Kg/m 3的水溶液时，该泵的流量、压头和轴功率。 假设该泵的效率为 60。答案与评分标准解：根据离心泵的工作点定义可得： Q Qe， H He （1分）（1） 求输送常温下清水时，该泵的性能。由 H H e可得： 25 2.0Q2 20 1.86Q H eZ p H f 8 0 0.6 106 Qe2 （2分）g（3）HHe可得： 2

20、4 0.4 106Q2 8 0.6 106Q2 ，即 （0.4 0.6） 106Q2 16 可解出： Q 4 10 3 0.004m3 /s 14.4m3 /h （ 3 分）14、在某特定管路系统中，用离心泵输送清水。当泵的出口阀全开时，管路特性方程为He 18 1.3 105Qe2 （Qe单位是 m3/s）。现关小阀门调节流量，当泵的流量为0.012m3/s时，对应的压头为 44m。试求：（1）关小阀门后的管路特性方程。 ，即 3.86Q 2 5，解出 Q 1.138m3/min33=68.3m /h=0.019m /s。（ 2 分） H 25 2.0Q2 25 2 （1.138）2 22.

21、4m （2 分）1.138QHP 22.4 1000 N QHP 60 6.942Kw （2 分）102 102 0.63（2）求输送密度为 1200Kg/m3 的水溶液时，该泵的性能。 当输送液体的密度改变时，泵的流量和压头不变。故：Q Q 0.019m3 /s， H H 22.4m （2分）而轴功率发生变化， N QH 0.019 22.4 1200 8.345Kw102 102 0.613、用离心泵将敞口水池内的水送到常压高位槽，两槽液面位差为8m，液面保持恒定。特定管路的压头损失可表示为 H f 0.6 106Qe2 （Qe的单位是 m3/s）。在特定转速下泵的特 性方程为 H 24

22、0.4 106Q2（Q 的单位为 m3/s）。求该条件下水的流量为多少 m3/h。 答案与评分标准解：（1）据离心泵工作点的定义可得： QQe，HHe。（1 分）2）关小阀门造成压头损失占泵提供压头的百分数。答案与评分标准解：（1）求关小阀门后的管路特性方程。本题中， K 不发生变化，而 B 值因关小阀门而变大。关小阀门后离心泵特性不变。（1 分），22K、Q、H值代入管路特性方程，可得： 44 18 BQe2 ，即 44 18 B（0.012） 2 可解出 B 1.806 105 （2 分），故关小阀门后管路特性方程为：52He 18 1.806 105Qe2 （1 分）（2） 流量为 0.

23、012m3/s 时，原管路所要求的压头为：52H e 18 1.3 105 （0.012）2 18 18.72 36.72m （2 分） 故关小阀门多耗的压头为： H H He 44 36.72 7.28m （1 分）H 7.28 关小阀门造成的压头损失占泵提供压头的百分数为： 100% 16.55% H 4415、某造纸厂抄纸车间一台扬克式纸机，原生产邮封纸，所配置得白水泵（离心水泵）其流 量为 Q20m3/h，扬程 H 为 31m，轴功率 N 为 2.6Kw ，配套电机 4.5Kw 。现因市场变化， 该纸机转产卫生纸，白水泵流量比原来下降10，扬程下降 20。若不更换泵，而将原白水泵叶轮外

24、径切割 5，其它尺寸不变，改用 3Kw 电机拖动。问此方案是否可行？ 答案与评分标准 解：据离心泵得切割定律，可算出叶轮外径切割5后，泵的 Q、H和 N：Q D2 D20.95D2（ 1）由2 得： Q 2 Q 2 Q 0.95Q 0.9Q （ 1.5 分）Q D 2D2 D2H D2 2D2 2 0.95D2 2（2）由（2）2得： H （2 ）2 H （2）2H 0.903H 0.8H （ 1.5分）HD 2D2D2ND2 3D2 30.95D23（3）由（2）3得： N （2 ）3 N （2 ）3N 0.857N （1.5分）ND 2D2D2又因 N 2.6Kw ，则 N 0.857 N

25、 0.857 2.6 2.23Kw （1 分）取安全系数为 1.2 倍来配套电机，则所需配套电机功率为 1.2 2.23 2.68Kw 3Kw（ 1.5 分）（4）由计算结果知，原水泵叶轮外径切割5后，流量、扬程、所配电机功率都适用，故此方案可行。 （ 1 分）16、一常压贮槽，内盛有粘度不大的油品，今拟用一离心油泵将其以15m3/h 的流量送往表压为 150KPa 的高位槽内。输送管路为 57 2 mm的钢管，在输送条 件下，该油品的密度为 760Kg/m3，饱和蒸气压为 79.8KPa。升扬高度为 5m，吸 入管路和排出管路的压头损失分别为 1m 和 4m。求：（1）选择一台合适的离心 泵

26、油泵。（2）确定该泵的安装高度。答案与评分标准解：（1）选离心油泵 题给： Qe=15m3/h，23 u2p 150 103 0而He Z H f 5 0 1 4 30.12m （3分）e 2g g f 760 9.81 据 Qe15m3/h，He30.12m 查上册教材附录 24 （P303）选 65Y 60B 型 离心油泵合适。其性能为：流量 19.8m3/h，扬程 38m，转速 2950r/min，轴功率 3.75Kw，电动机功率 5.5Kw，效率 55，气蚀余量 2.6m。（3 分） （2）确定安装高度该油泵的气蚀余量 h 2.6m ，则有：Hgpapvgh Hf0 1(101.33

27、79.8) 103 2.6 1 0.712m760 9.813 分）为安全起见，该泵的实际安装高度应比（ -0.712m）要低 0.51m。（1 分） 17、用离心泵从敞口贮槽向表压为 9.81 104Pa的密闭高位槽输送清水，两槽液 面恒定，其间垂直距离为 15m。管径为 ，管长（包括流动系统所有局部阻力的 当量长度）为 120m，流动在阻力平方区，摩擦系数为 0.015，流量为 40m3/h. 求：（1）管路的特性方程式； （2）泵的升扬高度与管路所需的压头。 答案与评分标准解：（ 1）管路特性方程： 水的密度取 1000Kg/m3。K Z p 15 9.81 10 0 25m ( 1.5

28、 分) g 1000 9.818 L LeB ( 82 )( 5 e 4 ) (g d d1200.015LLe0.094 2 (0.094)4 9.81d ) 2d 4g (3分)2.027 104s2 /m5可得管路特性方程为： H e K B Qe2 25 2.027 104 Qe2(Qe单位为 m3/s)（2）求泵的升扬高度与所需的压头： 泵的升扬高度即为两液面位差： Z 15m （ 1 分） 管路所需得压头 He：代入 Qe40m3/h，可得：40He 25 2.027 104 （）2 27.7m （1.5 分）360018、某单动往复压缩机压缩绝热指数为1.4 的气体， 吸入压强为

29、 101.33KPa，体积为 500m3，初温为 10；压出气体压强为 380KPa。压缩机得实际排气量为 10 m3/min ，假设气缸的余 隙系数为 5，求（ 1）压缩后气体的稳定 T2 和体积 V2。（2）压缩机的容积系数 0和理论功率 Nd（此过程假设为绝热压缩）答案与评分标准 解：（1）求 T2和 V2对于绝热压缩过程：k 1 1.4 1T2 T1(pp12) k 283(10318.033) 1.4 413K (2分)求 V 2 可用理想气体状态方程式：p1V1 p2V2T1T2所以 V2V1p1T2500 101.33 413194.6m3(3 分)21p2T1 380 2832

30、）求0和 Nd1p2 0 1 ( 2)k 1 1 0.05(10318.033)1.4 1 0.922 (2分)p1求 Nd压缩机绝热压缩得理论功率Ndp1 Vmink p k 1k k 1( pp12 ) k 1/603Nd 101.33 103 101.4( 3801.4 1 101.331.4 1) 1.4 1/60 27200 w 27.2Kw (3分)填空或选择题1、离心泵的主要性能参数有（ 1）、（ 2）（ 3）、（4）、（5）等。答案与评分标准（ 1）流量（2）压头（3）轴功率（4）效率离心泵安装在一定管路上，其工作点是指 答案与评分标准泵的特性曲线和管路特性曲线的交点。 （2

31、分） 离心泵的压头（又称扬程） 是指 ，它的单位是 答案与评分标准泵对单位重量（ 1N）液体所提供的有效能量（ 3 分） m （1 分） 若被输送的粘度大于常温下清水的粘度时，则离心泵的压头 、 流量 、效率 、轴功率 。 答案与评分标准 减小，减小，下降，增大 （每个 1 分，共 4 分） 离心泵将低位敞口水池的水送到高位敞口水槽中，若改送密度为1200Kg/m3,而其他性质与水相同的液体，则泵的流量 、压头 、 轴功率 。答案与评分标准离心泵的性不变，不变，增大 （每空 1 分，共 3 分） 管路特性曲线的形 状 由和 来确定，与能。答案与评分标准管路布置，操作条件，无关 （每空 1分，共 3分）离心泵气蚀余量的定为答案与评分标准p1pvg2 u1 2g2 分）当液体的密度改变时，离心泵的压头 H 和轴功率 N 的变化为（ A、H、N均不变B、H不变，N 改变C、H改变， N 不变D、H、N 均改变答案与评分标准