新版化工原理习题答案02流体输送机械

1、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；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）。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He K Bq；由于启动离心泵之前 PA=Pc,于是K Z P=0gHe Bq2又He H 38 m2 2

2、#5- 2 .2#5b 38/（39）2h/m 二x 10 h /m则He 2.5 10 2 qe （ qe的单位为m/h ）（2）输油管线总长度Hl le U2d 2gu39 / n 001 m/s=1.38 m/s3600 .4于是i ie 2gdH 2 9.81 0.1 238m=1960 m u0.02 1.382. 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 hf,01 3.0

3、u2（ 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 C, 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2U1水面为基准面），得到h f ,0 12将有关数据代入上式并整理，得260 1033.5u110002.5 9.8135.483.184 m/sq(n 0.0823.184 3600)m/h=57.61 m 3/h(2)泵的扬程3H H1 H2ho(60 220) 100.5 m 29.04m 1000 9.81(3)泵的效率29.4 57.61 WOO 9& 100%=68

4、%1000P3600 1000 6.7在指定转速下，泵的性能参数为：q=57.61 nVh 中29.04 m P=kW n =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 中29.04 m F= kW(1)改送果汁改送果汁后，q, H不变，P随p加大而增加，即1220P P6.7 1.22kW=8.174kW1000（2）降低泵的转速根据比例定律，降低转速后有关参数为q 5

5、7.61m3 h 51.85m3 h290022610H 29.04m 23.52 m29003P 6.7 2610 kW 4.884kW29004. 用离心泵（转速为 2900 r/min ）将20 C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 C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PaP1(Hg2u12g

6、Hf,0 1)3即64 100.61 2.41000 9.81Hg 3.51 m（2）输送55 C清水的允许安装高度55 C清水的密度为985.7 kg/m 3，饱和蒸汽压为kPa则3% 丛创（NPSH） Hf0 != （100 15.733） 10（3.5 0.5） 2.4 m=2.31mg,985.7 9.81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 C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 C热水为基准确定安装高度。2U1Hg Hs Hf0

7、15.30.612.42.29m2g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Hg Pa Pv NPSH Hf0 1 g式中Pa Pv 0 g则H g (2.30.5)1.46m-4.26my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，

8、用 20 C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1q(m3/mi n)0H /m37在实验范围内，摩擦系数变化不大，管路特性方程为He 12 80.0qj (q 的单位为 m/min )试确定此管路中的q、H和P( n =81%)M习题7附图解：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 H,在同一坐标图中作 qe H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=0.455m/min , H=29.0 m，则p Hqs 29.0 o.455 1O kw= kW102 60 102

9、0.81习题7 附表2qe/(m3/mi n)0H /m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He 8.8 5.2 105q；（Gp 的单位为 m/s ）单台泵的特性方程为H 28 4.2 105q2（q 的单位为 nVs ）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52He 8.85.2105qe2泵的特性方程 H 28 4.2 105 q2联立两方程，得到q=x 10 3 m/sH=19.42 m则Pe Hqs g 19.

10、42 4.52 10 3 1000 9.81W=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8.8 5.2 105q228 4.2 105 (|)2解得：q=x 10-3 nVs=19.95 m 3/h(2)两台泵的串联52528.85.2 10 q2 (284.210 q )解得：333q=x 10 m/s=21.2 m /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 k

11、g/m3的粘稠液体送至表压为x 103 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 为和。试求泵的流量、压头和轴功率。解：（1）往复泵的实际流量q 3 vASq 3 0.96 - 0.072 0.225 200 m/min=0.499 m/min4(2) 泵的扬程h He (8 1.62 104)m=149.6 m1200 9.81(3) 泵的轴功率PHqs149.6 0.499 1200 kW= kW10260 102 0.9111. 用离心通风机将50

12、 C、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1x 104 Pa的设备中。空气的输送量为x 104 m/h。摩擦系数可取为。、,14现库房中有一台离心通风机，其性能为：转速 1450 min-，风量x 10 m/h，风压为x 104 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。Ht (P2 P1)hf4pm 101300 1 10 Pa=106300Pa2Ht1.205VsPvn 2d Pm4器?Hkg/m3=1.147 kg/m315000 101300m/s=14.40 m/sn 23600 0.62 10630042Ht 1 104 1.147 0.0175 空 1Pa=10483 Pa0.6 210483注Pa=10967 Pa1.147库存风机的风量q=x 104n3/h，风压H=x 104Pa均大于管路要求（qe=x 104 m/h , H=10967 Pa）,故风机合用。12. 有一台单动往复压缩机，余隙系数为，气体的入口温度为20 C,绝热压缩指数为，要求压缩比为 9,试求（1）单级压缩的容积系数和气体的出口温度；（2）两级压缩的容积系数和第一级气体的出口温度；（3）往复压缩机的压缩极限解：（1