化工原理练习习题及答案

1、CHAPTER1流体流动、概念题1.某封闭容器内盛有水，水面上方压强为 P0,如图所示器壁上分别装有两个水银压强计和一个水银压差计，其读数分别为 R、R和R,试判断：1) R R 2 (>, <,=);2) R 0(>, <,=);3)若水面压强po增大，则 R R 2 R 3 有何变化(变大、变小，不变)答：1)小于，根据静力学方程可知。3)变大，变大，不变XI,2d1U22U221 2U12也4 , 2g1 U24 2g0.2m2 .如图所示，水从内径为&的管段流向内径为d2管段，已知d2 '2d1, 如管段 流体流动的速度头为 0.8m, h1 0

2、.7m,忽略流经AB段的能量损失，则h2m h3m 。答案：h2 1.3m, h3 1.5m22U1U2h1-h2-2g2gh2 1.3mh3h22U22g1.5mPi 与 P2A) piP2B) piP2 0.5mC) piP2 0.5mD)PiP23 .如图所示，管中水的流向为 A-B,流经AB段的能量损失可忽略，则的关系为答：C据伯努利方程gzA2Ua2PigzB2Ub2P2PiP222、g(ZB Za) -(Ub Ua) 222、PiP20.5 gPiP2 0.5 g 2(UB UA) Ub Ua倍,4 .圆形直管内，Vs一定，设计时若将d增加一倍，则层流时hf是原值的高度湍流时，hf

3、是原值的 倍（忽略管壁相对粗糙度的影响）答：i/i6 倍，i/32 倍5 .某水平直管中，输水时流量为 Vs,今改为输2Vs的有机物，且0.5水，设两种输液下，流体均处于高度湍流状态，则阻力损失为水的 倍；管路两端压差为水的 倍。答：4, 22qvu 2u hf 4hfl u2pp f水平直管，d 2hf0.5 hf 4hf p 2 p ,6.已知图示均匀直管管路中输送水，在A、B两测压点间装一 U形管压差计,2, l u 2hfud 2, d 不变，q V示液为水银，读数为R (图示为正)。则:1) R 0(>,二, <)2) A、B两点的压差 p= Pa 。ghA)Rg( i

4、) B)Rg( i ) gh C) gh Rg( i ) D)Rg( i3)流体流经A B点间的阻力损失h f为 J/kg 。4)若将水管水平放置，U形管压差计仍竖直，则 Rhf&一答：1) R 0, U形管的示数表明A-B能量损失,能量损失为正，故R 02) B静力学方程：pA g(z R) pBg(h z) igRp Pa Pb gh Rg( i )h Rg( i )hf ,A B3)列伯努利方程,2Ua gzA -PagzB2Ub r Pbhf ,A Bp Pa Pbg(ZB Za)hf,ABghhf,A Bgh Rg( i )h Rg( i )hf,A B4)不变，Rg( i

5、),不变。7.在垂直安装的水管中，装有水银压差计，管段很短，1, 2两点间阻力可近似等于阀门阻力。如图所示，试讨论：1)当阀门全开，阀门阻力可忽略时，P1 p2 (>, <,=);2)当阀门关小，阀门阻力较大时，p1_ p2 (>, <, =) , R (大，小，不变)；3)若流量不变，而流向改为向上流动时，则两压力表的读数差pl_, R_；答：i)根据伯努利方程：pigzi P2pi P22)Pigz P2hf Pi P2hfgz>0Pi P2;因为流动阻力变大，R变大。3 )流向改变，p2 pi gz hf - p2 pigzhfp变大，R不变。8 .图示管路

6、两端连接两个水槽，管路中装有调节阀门一个。试讨论将阀门开大或关小时，管内流量qv,管内总阻力损失 hf,直管阻力损失hfi和局部阻力损失hf2有何变化，并以箭头或适当文字在下表中予以表达(设水槽液位差H恒定)。总阻力损失hf直管阻力损失hf i局部阻力损失h f 2流量qv阀开大/、父变大变小变大阀关小/、父变小变大变小9 .图示管路，若两敞口容器内液位恒定，试问:1) A阀开大，则qv；压力表读数piP2qv1/qv22) B阀关小,qv；压力表读数PiP2qv1/qv2答：1) A阀开大,2 ) B阀关小,B %Vhf1 /hf 2 不变,qv变大，Pi变小,qv变小，P1变大,p2变大,

7、P2变大,hf1/hf2 不变,qV1 /qV2 不变。qV1 /qV2 变小。转子流量计的阻10 .流量Vs增加一倍，孔板流量计的阻力损失为原来的 一倍, 力损失为原来的一倍，孔板流量计的孔口速度为原来的 一倍，转子流量计的流 速为原来的一倍，孔板流量计的读数为原来的 一倍，转子流量计的环隙通道面 积为原来的 倍。答：4, 1, 2, 1, 4, 211 .某流体在一上细下粗的垂直变径管路中流过。现注意到安在离变径处有一定距离的粗、细两截面的的压强表读数相同。故可断定管内流体()A.向上流动； C. 处于静止；B,向下流动；D.流向不定22UiU2.p1 gzp2 hf在1截面和2截面间列伯

8、努利方程：22Pi P2/ 22(U2 Ui ).gzhfU2 Ul , hf 0 ,水向下流动。12 .下面关于因次分析法的说法中不正确的是()。A.只有无法列出描述物理现象的微分方程时，才采用因次分析法；B.因次分析法提供了找出复杂物理现象规律的可能性；C.因次分析法证明：无论多么复杂的过程，都可以通过理论分析的方法来解决； D.因次分析法能解决的问题普通实验方法也同样可以解决 答案：C、D分析：首先，因次分析所要解决的正是那些不能完全用理论分析方法建立关 系式或者无法用数学方法求解方程式的复杂问题。其次，对一些复杂的、影响因素较多的物理现象，普通实验方法是无法解决Pf的。例如流体因内磨擦

9、力而产生的压降与管径、管长、粘度、密度及流速等有关。现在要找出 Pf与d、I、 、 、u中任一变量的关系，如果采用普通 的实验方法，假定每个变量只取10个实验值，则整个实验要做10万次！因次分析法将单个变量组成无因次数群后，大大减少了变量的个数和实验次 数，使实验和数据处理工作成为可能。 实验得出的数群之间的定量关系， 在工程 上与理论公式具有同等的重要性。流体在直管内流动造成的阻力损失的根本原因答：流体具有粘性1 4 .因次分析法的依据是答：因次一致性原则15 .在滞流区，若总流量不变，规格相同的两根管子串联时的压降为并联时的倍；湍流、光滑管（入=）条件下，上述直管串联时的压降为并联时的 倍

10、;在完全湍流区，上述直管串联时的压降为并联时的 倍答：4, 8由泊谡叶方程知:P f ,2 l 2 U 2P f ,1 = l1 U1将 表达式代入范宁公式，可知Pf,1.75l u故 !£以学严52 21.756.72Pf,1 I1 U1完全湍流区又称阻力平方区，该区域内压强与阻力的平方成正比。并联改成串联后，不仅流速加倍，管长也加倍，故此时2P f,2 l 2U2cc2 228Pf,1 I1 U116.如图示供水管线。管长L,流量V,今因检修管子，用若干根直径为1/2d,管长相同于L的管子并联代替原管，保证输水量 V不变，设人为常数，£ /d相 同。局部阻力均忽略，则并

11、联管数至少 根。答：6根设用n根管子=_.2.2L (V /0.785d )2 2L (V/n/0.785 0.5d )1/2dn 22.5 5.61. 一无变径管路由水平段、垂直段和倾斜段串联而成，在等长度的A、B、C三段两端各安一 U形管压差计。设指示液和被测流体的密度分别为 0和，当流体自下而上流过管路时，试问:(1) A、B、C三段的流动阻力是否相同(2) A B C三段的压差是否相同(3) 3个压差计的读数即R、R是否相同试加以论证。“ h f答：(1)因流动阻力l u2d 2，该管路A、B、C 3段的、1、d、u均相同，；hf,A hf,B hf,C7P1gZ12Ui2gZ1P22

12、U2.2hf化简，得PhfgZA段：PaPiP2hf,A(a)B段：PbP3P4h f, Bgl BC 段：PcP5P6hf,c glc ?sin a比较上面3式：PbPcpA(2)在 AB、C三段的上、下游截面间列柏努利方程式:(b)由流体静力学基本方程式(c)A段：PigRAP20gRAB段：P3gRBP40gRBglBC段：P5gRcP60 gRcglc ?sina(3)RaPl P2整理，得(o )gRb(P3 P4) glB(0 )g(d)(e)Rc(P5 P6)glc?sina(0 )g(f)将(a)、(b)、(c) 3式分别代入式(d)、(e)、(f)：Rahf ,a(0 )gR

13、bgf,B(0 )gRchf ,c(0 )g由(1)知 hf,Ahf,Bh f ,cRaRb Rc分析：由题1-2的结论已经知道：R所包含的不光是两个测压点压强的变化, 还包含位能的变化。实际上，R所代表的仅仅是流动阻力。如果概念清楚，由hf,A hf,C可直接得出RA RB RC的结论。本题还说明，流动阻力的大小与管段排列方式无关，但压差却与管段排列方式有关。这是因为管段两段的压强差不仅要克服流动阻力， 还要克服位头的变化, 所以液体自下而上流动时，压差大于水平管。32 lu 一一一，、E-Pt 厂一一2.下面两种情况，可不可以用泊谡叶方程(d )直接计算管路两端的压强差(1)水平管，管内径

14、为50mm流体的密度为996kg/m3,粘度为流速为2 m/s(2)垂直管，管内径为100mm流体的相对密度为，粘度为，流速为s。分析：此题核心在于：上述两种情况下，用泊谡叶方程算出的压强降Pf上管路两截面的压强差 P在数值上是否相同。2g 上Wehfhf由柏努利方程式uP P2P1Weg Z-2其中 hf即为Pf。上式说明，在一般情况下，P与Pf在数值上是不等的，只有流体在一2u 0段无外功加入（We 0）,直径相同（2-）的水平管（0）内流动时，P与Pf才在绝对数值上相等。还需注意：由于泊谡叶方程在推导过程中引入了牛顿粘性定律，而只有在滞流时内摩擦应力才服从牛顿粘性定律, 力计算。3du

15、50 102 996Re""-"TZ-30.894 10 3所以它仅适用于滞流时的流动阻_ 51.11 10>4000流体流动类型属湍流，此时泊谡叶方程不适用，所以不能用其计算管路两截面间的压差。（2）对于垂直管，尽管流动类型可能为滞流，但由泊谡叶方程算出的 仅是摩擦阻力损失项，而垂直管路两截面的压差还要受位能的影响，所以也不能用泊谡叶方程直接计算两截面的压差。三、计算题1.虹吸管将20c的苯（密度为800kg/m3）从池中吸出，虹吸管用直径为 d 的玻璃管制成，装置如图。设管中流动按理想流体处理，假设池的直径很大，流 动时液面不变。（1）水在管中流动时，比

16、较 A A、B-B、C C、D- D面压力大小（2）管中流速大小与哪些因素有关欲增加管中流速，可采取什么措施管中流速的极限值是多少解：（1） A A D-D截面处压力为大气压，B B处压力为大气压加上1m苯柱,而C-C截面为负压，当虹吸管流动忽略不计时，C-C面压力为3m苯柱（表压）。因此压力最低点在C C面处。在输液时，要注意当压力太低时，容易产生气缚而中断输液。（2） A-A、D-D面的位差与流动流体的物性等因素有关， 如果是真实流体,还与流动时的阻力有关，故增加管中流速可以用增加位差或改变管子材料等方案实现。在本题所设范围内，增加管长最简单可行列A A与D- D面柏努利方程，得:uD2g

17、h 29.81 2 6.26m/s求C-C处的压力:gZcPc2UCZ gZD2Pd2UD2hf根据假设hfuc6.26m/suDPC也 gd Zc)2 UC2Pc大气压 9.81 800-26.2622_ 5_ _1.01 109.81 8006.2625 261740Pa20 c苯的饱和蒸汽压可由安托因方程计算01206.35lg P 6.8981.8756t 220.24P0 75.2mmHg 104PaC C面的压力大于 联，故不会汽化。如果管子加长，则流速会提高，C处压力最低只能降到104Pa,由此可求出输苯的极限速度：列A A、C C面的柏努利方程： 22UaPaPCUc, ua0

18、万ZAggZc万,29（Pa FC）Uc 2g （Za Z）cUc101000 100008009.81 314.1m/s小结：1）此题是理想流体柏努利方程的运用，通过能量转换，了解流动过程中各点静压 强的大小。2）在虹吸管C- C截面处是负压，而计D截面处压力为大气压，水为何能从压强 低处流向压强高处呢这是因为 C点的总势能（及静压能与位能之和）大于D点的 静压能，所以流体流动方向是由 C至D3） D点接长，水流速度会加大，当流速增为 14.1m/s时，再想增加流速是不可 能的，因为这是B点压力已低于苯在该温度下的饱和蒸汽压， 这样会产生气缚现 象，虹吸管内流体将不连续。2.用离心泵将蓄水池

19、中20c的水送到敞口高位槽中，流程如本题附图所示。 管路为小57X 3.5mm的光滑钢管，直管长度与所有局部阻力（包括孔板）当量长 度之和为250mm输水量用孔板流量计测量，孔径 d°=20mm孔流系数为。从池 面到孔板前测压点A截面的管长（含所有局部阻力当量长度） 为80mm U型管中0 25指示液为汞。摩擦系数可近似用下式计算，即0.3164/Re。25当水流量为7.42m3/h时，试求：（1） 每kg水通过泵所获得的净功;(2)A 截面U型管压差计的读数R;(3)孔板流量计的U型管压差计读数F2-1丁解：该题为用伯努利方程求算管路系统所要求的有效功和管路中某截面上的压强(即R)

20、,解题的关键是合理选取衡算范围。至于 R的数值则由流量计的流量公 式计算。1)有效功在1-1截面与2-2截面间列伯努利方程式，以1-1截面为基准水平面，得:2 p U,Weg z hf式中：U1 U2 0, P1P2 0 (表压)，z1 °, Z2 15m1.05m/ sRedu0.05 1.05 100031.0 10 3525000.3164/Re 0.250.3164/( 52500)0.25 0.0209hfl le u2d 2_2250 1.050.0209-57.6J /kg0.052We 15 9.81 57.6 204.7J /kg2) A截面U形管压差计读数R1由A

21、截面与2-2截面之间列伯努利方程，得:Vs7.422A3600/4 0.0522Pau一2gZA 2 hf,A 2式中：u1.05m/s, z2 A 1mhf ,A 2(250 80) 1.0520.0209 0.0539.17J /kg24 _10 Pa .(表压)1.052(39.171 9.81 ) 1000 4.82读数R由U形管的静力平衡求算:Pi(1.5Ri)gRiAgcPa1.5g4.8 1041.5 1000 9.81R A 0.507 m(A )g (13600 1000) 9.813) U形管压差计读数R2R2( A )gVs C0A0. 将有关数据代入上式得7.42360

22、02 2(13600 1000) 9.81R20.61 - 0.024.1000R2 0.468m讨论：该题是比较典型的流体力学计算题， 具包括了伯努利方程、流体静力 学基本方程、能量损失方程、连续性方程的综合运用。通过该题能加深对流体力 学基本理论的理解。3 .用离心泵向E、F两个敞口高位槽送水，管路系统如本题附图所示。已知: 所有管路内径均为33mm摩擦系数为，AB管段的长度（含所有局部阻力的当量 长度）为100m泵出口处压强表读数为294kPa,各槽内液面包定。试计算： （1）当泵只向E槽供水，而不向F槽供水、F槽内的水也不向E槽倒灌（通过调 节阀门V1与V2开度来实现），此时管内流速和

23、BC段的长度（包括所有局部阻力 当量长度）为若干；(2)欲同时向EF两槽供水，试定性分析如何调节两阀门的开度 假设调节阀门前后泵出口处压强表读数维持不变。解：1)管内流速及BC段管长取测压处为1-1截面，E槽液面为2-2截面，并取通过测压口中心线为基准面，则在两截面间列伯努利方程得:Pi2U1gz2hfABhfBC其中Z24mh fABI2I AB U0.0281000.033242.42U22h fBC9.816 58.84J/kg294103 U2103229.81 4 42.42u58.84u 2.162m/s l BChfBC 0.0280.03322.1621 983|58 841.

24、9831 bc 58.842Ibc 58.84/1.98329.7m2)欲同时向E、F两槽供水，需关小V1阀而开支 上阀。讨论：本题1为分支管路的特例，当使F槽内水不流动时，实际变成了简单 管路的计算，但对BC管段的能量损失加了限制条件，使问题成为唯一解。欲使水能同时向E、F两槽供水，在调节阀门的同时，呈管内的流量必然减小，以使AB管段的能量损失降低，在B点水所具有的压头应大于4nl4 .密度为900kg/m3的某液体从敞口容器 A经过内径为40mHl勺管路进入敞 口容器B,两容器内的液面高度恒定，管路中有一调节阀，阀前管长65m阀后管长25m （均包括全部局部阻力的当量长度，进出口阻力忽略不

25、计）。当阀门全关时，阀前后的压强表读数分别为 80kPa和40kPa。现将调解阀开至某一开度， 阀门阻力的当量长度为30m,直管摩1«系数入=0试求： （i）管内的流量为多少m/h（2）阀前后的压强表的读数为多少（3）将阀门调至另一开度，且液面高度不在恒定（液面初始高度同上） ，试求两 液面高度差降至3m时所需的时间。（两容器内径均为5m,假定流动系统总能量 损失为=hf=15u2）。解：当阀门关闭时，以管道中心线作为基准水平面，根据静力学方程gzA 80 103zA 9.06mgzB 40 103 zB 4.53m在A截面和B截面间列伯努利方程，得:22hfABuAPaubPbgz

26、A y - gzB y式中：uA uB 0, pAPb 0 （表压）hfABl le u20.0045一 一 一 265 25 30 u0.046.75u29.81(9.06 4.53) 6.75u2u 2.56m/ s_2_3Vh 3600 0.785 0.042 2.56 11.6m3/h2）在A截面与阀前压强表所在截面间列伯努利方程gzAPa5gz12U1Pi.2-hf1 ahf 1I21a 1 Ud 2652.5620.0045 23.960.042p1(9.069.81 27.24)900 55.47kPa在阀后压强表所在截面与B截面间列伯努利方程gz2u22P2一 gzB2Ub P

27、b2hf ,2 Bhf ,2 B2l2 B Ud 20.0045-42252.569.2160.042p2 900(4.53 9.819.2162.562)45.34kPa23）设某瞬间A罐液面降至H,B罐液面升至ho7mHA3m如图以罐底所在平面为基准面，列1 1'、22'两截面的柏努力方程，以表压计 因A、B两截面较大，下降与上升速度都很小，故动能可忽略。整理H- h =简化后的柏努力方程为：H g=hg+ hf由质量守恒可知,1.529u2(a)A罐油减少量等于B罐油品增加量。故有Aa=Ab整理得H 13.59 h,将此关系代入（a）,得u 0.813.59 2h （b）

28、对B罐作质量衡算：在d时间内进入体积量:排出体积量：0,积累体积量：AbdhAb dh4Abdh5 dh0.042u(c)将（b）式代入（d 4912 dh整理得.13.59 2h(d)对（d）式进行积分:0d5.2954912 4.53dh13.59 2h令 x 13.59 2hdxdh/2dh2dx又h 4.53时,4.53 ;5.295 时， x 3置换变量:49122 3.53dx49122G4.537787s 2.16h3CHAPTER®体输送机械一.概念题1、属于正位移泵型式，除往复泵外还有 , , 等型式。答：计量泵、螺杆泵、齿轮泵2、产生离心泵气缚现象的原因是 ,避免

29、产生气缚的方法有 0答：泵内灌入空气，液体密度降低；在泵密封严密的情况下，灌泵排出空气3、造成离心泵气蚀的原因是 ,增加离心泵允许安 装高度 Hg的措施是 和。答：叶轮附近某处的最低压强小于等于被输送液体在输送温度下的饱和蒸汽压增大吸入管路的管径，减少不必要的管件和阀门。4、用同一离心泵分别输送密度为pi及p 2= p i的两种液体，已知两者的体积V相等， 贝U He2 He i, Ne Ne i。答：He2 H e1, Ne2 1.2Nei5、离心通风机输送p =i.2kg/m3空气时，流量为6000品八，全风压为240mmH), 若用来输送P / =i.4kg/m 3的气体，流量仍为600

30、0n3/h ,全风压为 mmH 2O 。ai.4一Ht Ht-240一280mmH2O解：1.21.26、离心泵的流量调节阀安装在离心泵 管路上，关小出口阀门后，真空表读数 ,压力表读数 0解：出口，下降，上升。在贮槽液面1-1与泵的真空表所在截面2-2间列伯努利方程227UiPi7U2P22li 2 U2PiP2gZ2gZif上gZ2三2Pi P2关小出口阀门，U2下降，下降，即真空表读数下降。同理，在压力表所在截面3-3与贮槽液面i-i问列伯努利方程。gZ32U3P3gz。2u0P02 l3 0 U0P3P0gZ3P3 P0关小出口阀门，入增大,上升，即压力表读数上升7、两敞口容器间用离心

31、泵输水，已知转速为ni时，泵流量Q=100l/s，扬程H=16m转速为n2时，Q=120l/s , H=20m则两容器垂直距离= m 。2解：He K BQ代入已知数据得：2_216 K B0.1220 K B0.122解得：B 909.1, K 6.91ppK Z 6.91, 0 Z 6.91m gg8、若离心泵入口处真空表读数为 700mmHg当地大气压为。则输送42c水时（饱 和蒸汽压为）泵内 发生汽蚀现象。答：会9、用离心泵向高压容器输送液体，现将高压容器的压强降低，其它条件不变，则该泵输送液体的流量,轴功率。答：加大，加大He K BQ2 Z -p BQ2 管路的特性方程为：g高压容

32、器的压强降低， p下降，K降低，所以改变前后的操作点如图:所以流量加大。又根据泵的特性曲线知，当流量加大时，泵的轴功率增加。10 .用离心泵将水池中水送至常压水塔， 若在离心泵正常操作范围内，将出口阀开大，则流量qV,扬程He,管路总阻力损失H轴功率P （变大、变小、不变、不确定）答：变大，变小，不变，变大11 .图示管路用泵将江水送上敞口容器。若在送水过程中江水水位上升，流量（变大、变小）。现欲维持原流量不变，则出口阀应作如何调节 试比较调节前后泵的扬程 （变大、变小、不变）。答：变大，关小出口阀，变大在江水水面和容器液面问列伯努利方程gZ02U022Pa w ui U1PaWe gZ i

33、g2gHfH fWeg Z江水液面上升， Z下降，则流量变大。由于泵的特性曲线中，扬程随泵的流量的增加而减小，故调节后泵的扬程大于调 节前。12 .图示管路，泵在输送密度为 的液体时，流量为qv,现若改为输送密度为液体，（已知 ）,则流量为qv。试比较:1) P2P1 时，qV 2) P2P1 时，qvqv H e ? qv H e ? HePeHePePe (>, <,=);Pe (>, 。答：1）大于，小于，大于在两容器液面问列伯努利方程227 支 PlUi P2.gZ0We gZiH f2g2gH f We 1 g Zgp2 Pl时，, Hf变大，故流量变大；由泵的特性

34、曲线知，扬程变小，轴功率变大。P2 P1时， Hf不变，故流量不变，由泵的特性曲线知，扬程不变，轴功率 Ne HQ g ,变小。313 .如图所示循环管路，离心泵输送密度为850kg/m的某有机液体，试问:1）若池中液面上升，则：流量qV ,扬程He,真空表读数Pi,压力表读数P2.72）若离心泵输送的液体为水，则：流量qv ,扬程He,真空表读数Pi,压力表读数P2；3）若将泵的转速提高，则离心泵的流量 qv,扬程He,效率 （变大、变小、不变、不确定）答：1）不变，不变，变小，变大2）不变，不变，变大，变大，变大。3）变大，变大，不变1）池内水面上升，泵的特性曲线与管路的特性曲线均未变化，

35、故工作点的位置不变，所以，流量及扬程不变。在池面与真空表所在截面1-1之间列伯努利方程，得：2Pa 7“I P1 uZ1 - H f ,0 1g 2g gPa R / 1& U12-1（）真空表读数为：gd 2g流速u不变，Z1变小，故真空表读数变小。同理，在压力表所在截面2-2与池面间列伯努利方程得2HH f ,2 0Z 9Z22g压力表读数:P2Pag(1)丐 Z2d 2g流速u不变,压力表读数变大。同时，由于水的密度大于有机液体的密度，故真空表读数和压力表读数均变3）泵的转速提高，则离心泵的特性曲线变化，流量变大，扬程变大，效率不变。2）若输送的液体变为水，管路的特性曲线及泵的特

36、性曲线均不变，故泵的工作 点的位置不变，流量及扬程不变。由于水的密度大于有机液体的密度，所以轴功率变大14 .离心泵输送管路，单泵操作时流量为qV,扬程为He。现另有一台型号相同的泵，在管路状态不变条件下，将泵串联时输送流量为 qv ,扬程为He ,将泵并 联时输送流量为qV ,扬程为He,则：A)qv qv, He 2He； qv2qv, H e HeB)qvqv, He He； qvqv, He HeC)qv 2qv, HeHe； qvqv, He2HeD）视管路状态而定;答：B15.试按下表讨论离心泵与往复泵的使用、调节和操作三方面有何不同离心泵往复泉压头由泵与管路共同决定由管路决定8M

37、:由泵与管路共同决定由泵决定改变管路阀门调节支路调节改变泵改及转速改变活塞频率与行程启动出口阀关闭阀门开启一、 问答题1 .采用离心泵从地下贮槽中抽送原料液体，原本操作正常的离心泵本身完好,但无法泵送液体，试分析导致故障的可能原因有哪些答：可能的原因：（1）槽内液面下降；（2）吸入管堵塞；（3）液体温度上升；（4） 容器内压强下降；（5）入口侧漏气。2 .离心泵的特性曲线H Q与管路的特性曲线HQ有何不同二者的交点意味着 什么答：将离心泵的基本性能参数之间的关系描绘成图线称为离心泵的特性曲线。这里讨论的是其中的一条 H- Q曲线。它表明转速一定时，离心泵的流量和 该流量下泵的能提供的压头即做功

38、本领之间的对应关系。 该曲线由生产厂家测定 并提供，是泵本身固有的特性，它只与泵自身的结构（如叶片弯曲情况、叶轮直 径等）、转速有关，而与其所在的管路及其他外界条件无关。所以离心泵的特性 曲线图只须注明型号、转速即可。二者的交点M称为泵在该管路上的工作点。意味着它所对应的流量和压头， 既能满足管路系统的要求，又能为离心泵所提供，即 Q Qe, H He。换言之, M点反映了某离心泵与某一特定管路相连接时的运转情况。离心泵只能在这一点工作。3、如图，假设泵不在M点工作，而在A、B点工作时，会发生什么情况Qe Q答：假设泵工作不在M点工作，而在A点工作时，在A点所对应的流量Qa下, '&#

39、39;管路所需要的压头为HA ,而该流量下泵所提供的压头为 HA0 Ha H a ,说明 液体的压头（泵给予单位重量流体的有效能量）有富裕，此富裕压头将促使液体 加大流速，流量由Qa变至iJQm ,即在M点达到平衡。 '反之，如果泵在B点工作，则在QB流量下泵所产生的压头Hb小于液体通过 （该管路时所需要的压头Hb ,即Hb<Hb。由于液体所需的有效能量不能满足， 只能靠减少流速在M点达到平衡，届时流量从Qb减至Qm。三、计算题1.用离心泵向密闭高位槽送料，流程如图所示。在特定转速下，泵的特性方程 为：42。H 42 756 10 Q （Q的单位为 m/s ）3 ,当水在管内的流

40、量Q 0。1m /S时，流动进入阻力平方区。3现改送密度1200kg/m的水溶液（其它性质和水相近）时，密闭容器内维持表压118kPa不变，试求输送溶液时的流量和有效功率。解：本题条件下，泵的特性方程和特性曲线不变，而当流动在阻力平方区时，管 路特性方程中的比例系数B值保持恒定，在维持密闭高位槽表压不变的情况下, 随被输送液体密度加大，管路特性方程中的 K (= Z p/ g)值变小，因而管路特性曲线向下平移，从而导致泵的工作点向流量加大方向移动。输送清水时，管路特性方程为:_2He Z p/ g BQe3118 10322He 12BQ224 BQ2将有关数据代入上式得:此式与泵的特性方程联

41、解以确定1000 9.807B值.42 7.56 104(0.01)2 24 B(0.01)2解得:当输送溶液时，B值不变，管路特性方程变为:一一 3118 10352He 121.044 10 (Qe)521200 9.80722 1.044 10 (Qe)此方程与泵的特性方程联解，便可求出改送溶液时的流量，即:_4 _ 2_5 _2427.56104(Q)2221.0441 05(Qe)23.解得.Q 0.01054m /s._4_._2_所以：H 42 7.56 104 0.010542 33.6m泵的有效功率为.Ne HQ /102 33.6 0.01054 1200/102 4.17

42、kW由上面的计算可知，当泵上下游两容器的压强差不为零时，被输送液体密度 的变化必引起管路特性曲线的改变，从而导致泵工作点的移动。在本题条件下, 密度加大，使泵的流量加大，压头下降，功率上升。2.用离心泵将池内水送至灌溉渠，起始两液面位差为 10m管路系统的压头损 失可表示为H=X106Q2 (Qe的单位为n3/s);在特定转速下泵的特性方程为：H= X106d (Q的单位为m/s )0池面的面积为100自，试求：1) .若两液面恒定，则水的流量为若干 m3/h2) .若灌溉渠内液面恒定，而池内液面不断下降，则液面下降2m,所需的时间为若干h解：当两液面恒定时，流动为定态，此时只要联立管路特性方

43、程与泵的特性方程 便可求得流量；当池内液面不断下降时为非定态流动， 需通过微分物料衡算和瞬 问柏努利方程求解所需时间。1 .两液面恒定的流量 .6 2在池面与渠面之间列伯努利方程式可得到管路特性方程为：He 10 0.6 10 Qe泵的特性方程为：H 26 0.4 106q2八 ,"33 , ,一 3八联解两方程，解得流量为：Q 4 10 m /s 14.4m /h2 .液面下降2m所需的时间设输送开始后的某一时刻，池内液面下降hm,流量为Qr3/s。在d8 s时间内，液面下降dhm则物料衡算式为：100dh Qd或d 100dh/Q在8时刻，管路特性方程为：He(10 h)0.6

44、106Qe泵的特性方程仍保持不变，即：H 26 0.4 106q2在泵的工作点处26 0.4 106Q2 10 h 0.6 106Q2Q (16 h)1/2/103 51/ 2d105dh/(16 h)令 x 16 h ,贝tj： dh dx当 h 0 时，xi 16.当 h 2 时，xi 14105X2x1/2dx 2 10%/x16 51760s 14.35h x1143.某管路安装一台IS80-50-200型水泵，将水池中的水送至高度为10m表压为x 103 3, 关小阀门后管路的流量为：Qe 16.7 10（1 0.25） 12.5 10 m /s则关小阀门后管路特性曲线方程的系数为5

45、1.4 20 3 2(12.5 10 )Pa的密闭容器内，管内流量为X 10-3m/s。试求1）管路特性曲线（假定管内流动已进入阻力平方区）及输送每千克水消耗的能量。2）若将阀门关小，使管内流量减小 25%管路特性曲线（假定管内流动位于阻力平方区）有何变化此时输送每千克水需消耗多少能量与原管路相比，在此流量下输送每千克水额外消耗的理论功为多少（已知：当 Q=X10-3n3/s,泵的压头为 H=47m泵的效率为71%当Q=x10-3m/s ,泵的压头为H=；泵的效率为%解：当Q=X10-3m/s,泵的压头为 H=47m则管路的特性方程的系数B可求出。He k bq!z -p bq|g49.81

46、103. 210 B(1.67 10 )471000 9.81B 9.68 1044c2管路的特性方程为：He 20 9.68 10 Qe在此流量下，输送每千克水所消耗的能量为：gHe9.81 470.71690.8J/kgHe KQe2一一 一 52.01 105八2管路特性曲线方程为：He 20 2.01 10 Qe此时，输送每千克水所消耗的能量为:gHe 9.81 51.4W e -760.5J/kg0.66333 ,对于原管品输送Qe 12.5 10 m /s的水量，所需的压头为： 一 _ _4_ 3 2 一He 20 9.68 104 (12.5 10 3)2 35.1m因阀门关小，

47、输送每千克水多消耗的理论功为：g(He He) 9.81 51.4 35.1 159.9J/kg此部分能量全部消耗于阀门的局部阻力上。由此可以看出，用阀门调节流量的代价是能耗的增加。导致能耗增加的原因 有二：其一是阀门局部阻力损失的增加，其二是泵效率的降低。CHAPTERS均相物系的分离和固体流态化一、填空题1 .某颗粒的重力沉降服从斯托克斯定律， 若在水中的沉降速度为U1,在空气中为 叫 则U1 U2；若在热空气中的沉降速度为U3,冷空气中为U4,则U3 U4(>,< ,=)d2g( s ) Ut 答：18,因为水的粘度大于空气的粘度，所以U1 U2热空气的粘度大于冷空气的粘度，

48、所以 毒 口42 .用降尘室除去烟气中的尘粒，因某种原因使进入降尘室的烟气温度上升，若 气体质量流量不变，含尘情况不变，降尘室出口气体含尘量将 (上升、 下降、不变)，导致此变化的原因是 1) ; 2) 。答：上升，原因：粘度上升，尘降速度下降；体积流量上升，停留时间减少。3 .含尘气体在降尘室中除尘，当气体压强增加，而气体温度、质量流量均不变 时，颗粒的沉降速度 ,气体的体积流量 ,气体停留时间,可100赛去的最小粒径dmin 0 (增大、减小、不变)答：减小、减小、增大，减小。Ut4dg( s3),压强增加，气体的密度增大，故沉降速度减小,V压强增加，nRT,所以气体的体积流量减小,气体的

49、停留时间LVs/A,气体体积流量减小，故停留时间变大。最小粒径在斯托克斯区dmin18 %g( s )，沉降速度下降，故最小粒径减小。4 . 一般而言，同一含尘气以同样气速进入短粗型旋风分离器时压降为Pi,总效率为1,通过细长型旋风分离器时压降为P2,总效率为2,则：Pi P2,答：小于，小于5 .某板框过滤机包压操作过滤某悬浮液，滤框充满滤饼所需过滤时间为一试推算下列情况下的过滤时间为原来过滤时间T的倍数：1) s0,压差提高一倍，其他条件不变，=T；2) s 0.5,压差提高一倍，其他条件不变，=r ;3) s1,压差提高一倍，其他条件不变，=r ;1 s答：1); 2); 3) 1 ,1

50、/( P),可得上述结果。6 .某旋风分离器的分离因数k=100,旋转半径R=0.3mi则切向速度ut=m/s 。答：17.1m/s7 .对板框式过滤机，洗涤面积 AW和过滤面积A的定量关系为,洗水走过的包)W距离Lw和滤液在过滤终了时走过的距离 L的定量关系为 ,洗涤速率(d W叫和终了时的过滤速率 d E的定量关系为答案：A 1A;Lw 2L;(2=冷)E8.转筒真空过滤机，转速越大，则生产能力就越,每转一周所获得的滤液量就越,形成的滤饼厚度越,过滤阻力越答案：大；少；薄；小分析：由转筒真空过滤机的生产能力：Q 465JK n (忽略介质阻力)9 . 一降尘室长5M,宽2.5M,高1.1M,中间装有10块隔板，隔板间距为0.1M,现颗粒最小直径10 m,其沉降速度为0.01m/s,欲将最小直径的颗粒全部沉降下来，含尘气体的最大流速不能超过m/s理由：1)最大生产能力V 11 5 2.5 0.01 1.375m3/su 工卫 0.5m/s最大流速 H b 1.1 2.5L 旦5 3u 0.5m/s或：u U0u 0.0110 .包压过滤时，过滤面积不变，当滤液粘度增加时，在相同过滤时间内，过滤 常数K将变,滤液体积将变 答：小，小K 2k p1 s,k pr ,粘度增加，故K变小;22