泵与风机模拟考试题及答案(附解析)

泵与风机模拟考试题及答案(附解析)一、单项选择题（每题2分，共20分）1.离心泵在设计工况下运行时，叶轮内液体的相对速度方向与叶片出口安装角（）。A.完全一致B.存在滑移，实际方向小于安装角C.存在滑移，实际方向大于安装角D.无关，仅由流量决定2.某离心风机的转速由n₁提高到n₂（n₂=1.2n₁），若介质密度不变，且效率近似不变，则其轴功率P₂与原功率P₁的关系为（）。A.P₂=1.2P₁B.P₂=1.44P₁C.P₂=1.728P₁D.P₂=1.2³P₁3.以下关于泵的汽蚀余量（NPSH）的描述中，错误的是（）。A.装置汽蚀余量（NPSHa）由吸入系统的装置特性决定B.必需汽蚀余量（NPSHr）由泵本身的结构决定C.临界汽蚀余量（NPSHc）是泵开始发生汽蚀时的最小NPSHaD.为避免汽蚀，需满足NPSHa≥NPSHr+0.3m（安全余量）4.轴流式泵与风机的性能曲线中，Q-H（流量-扬程）曲线呈现（）。A.陡降型，小流量时扬程急剧升高B.平坦型，流量变化时扬程基本不变C.驼峰型，存在不稳定工作区D.直线型，流量与扬程成线性关系5.两台同型号离心泵并联运行时，总流量Q并与单台泵流量Q单的关系为（）。A.Q并=2Q单B.Q并>2Q单C.Q并<2Q单D.取决于管路特性曲线的形状6.离心式泵与风机的欧拉方程中，理论扬程Hₜ与（）无关。A.叶轮进口绝对速度的切向分量B.叶轮出口绝对速度的切向分量C.叶轮转速D.流体密度7.某风机铭牌标注“比转速ns=120”，其含义为（）。A.当流量为1m³/s、扬程为1m时的转速B.当流量为0.075m³/s、扬程为1m时的转速C.相似模型泵在最佳工况下，流量为0.075m³/s、扬程为1m时的转速D.相似模型泵在设计工况下，以m³/s、m、r/min为单位时的转速换算值8.采用出口阀门调节离心泵流量时，以下描述错误的是（）。A.调节后泵的工况点沿性能曲线移动B.阀门关小时，管路阻力增加，流量减小C.调节效率低，额外能量损失大D.适用于需要大范围调节流量的场合9.以下哪种措施不能有效提高泵的抗汽蚀性能？（）A.降低泵的安装高度B.增大吸入管路直径C.采用双吸式叶轮D.提高输送液体的温度10.某离心式通风机在标准状态（ρ=1.2kg/m³）下的全压为1500Pa，若输送密度为1.8kg/m³的气体（转速不变），则实际全压为（）。A.1500PaB.2250PaC.1000PaD.无法确定二、填空题（每空1分，共15分）1.泵与风机的能量转换过程中，离心泵主要依靠叶轮的（）作用传递能量，轴流泵主要依靠叶轮的（）作用传递能量。2.离心式泵与风机的理论性能曲线（Hₜ-Q）为（）线，实际性能曲线（H-Q）因（）和（）损失而向下弯曲。3.相似定律中，流量比与（）成正比，扬程比与（）的平方成正比，功率比与（）的立方成正比。4.泵的汽蚀发生时，液体在叶轮入口处因（）低于（）而汽化，气泡在高压区破裂产生（），导致材料表面损坏。5.风机的全压等于（）与（）之和，单位为（）。6.泵与风机的联合运行方式包括（）和（），其中（）适用于需要增加扬程的场合。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述离心泵的工作原理，并说明启动前为何需要灌泵。2.画出离心式泵与风机的典型性能曲线（H-Q、P-Q、η-Q），并标注最佳工况点。3.什么是泵的不稳定工作区？如何避免泵在不稳定区运行？4.比较离心泵出口阀门调节与变速调节的优缺点。5.说明比转速的物理意义及其在泵与风机设计中的作用。四、计算题（共25分）1.（10分）某离心水泵在转速n=1450r/min时的性能参数为：流量Q=50m³/h，扬程H=30m，轴功率P=5.5kW，效率η=78%。若将转速调节为n’=1200r/min（假设效率不变），试计算调节后的流量Q’、扬程H’和轴功率P’。2.（15分）某闭式循环水系统采用一台离心泵，管路特性曲线方程为H=15+0.002Q²（H单位：m，Q单位：m³/h）。泵的性能曲线可近似为H=50-0.001Q²（H单位：m，Q单位：m³/h）。（1）求泵的实际运行工况点的流量和扬程；（2）若系统需要将流量增加至60m³/h，拟采用两台同型号泵并联运行，判断是否可行（并联后泵的性能曲线为H=50-0.001(Q/2)²，管路特性曲线不变）；（3）若并联后流量仍不足，可采取哪些措施提高流量？五、分析题（10分）某电厂循环水泵在运行中出现以下现象：流量明显下降，电机电流增大，泵体振动加剧，出口压力表指针频繁摆动。试分析可能的故障原因，并提出排查措施。参考答案及解析一、单项选择题1.B解析：由于液体的惯性和叶片间的环流，叶轮内液体的相对速度方向与叶片出口安装角存在滑移，实际流动角小于安装角（滑移系数小于1）。2.C解析：根据相似定律，功率与转速的三次方成正比（P∝n³），故P₂=P₁×(n₂/n₁)³=1.2³P₁=1.728P₁。3.C解析：临界汽蚀余量（NPSHc）是泵内开始发生汽蚀时的NPSHr，而非NPSHa。避免汽蚀的条件是NPSHa≥NPSHr+安全余量。4.A解析：轴流泵的Q-H曲线陡降，小流量时扬程急剧升高，可能导致不稳定运行（如“飞动”现象）。5.D解析：并联后的总流量取决于管路特性曲线。若管路特性曲线较平坦（阻力小），Q并接近2Q单；若阻力大，Q并可能远小于2Q单。6.D解析：欧拉方程Hₜ=(u₂c₂u-u₁c₁u)/g，与流体密度无关（扬程为单位重量流体的能量）。7.D解析：比转速ns的定义为相似模型泵在最佳工况下，以Q（m³/s）、H（m）、n（r/min）为单位时的换算值，公式为ns=3.65n√Q/H^(3/4)。8.D解析：出口阀门调节仅适用于小范围流量调节，大范围调节时能量损失大，效率低。9.D解析：提高液体温度会降低其汽化压力（如热水更易汽化），增加汽蚀风险；其他选项均可降低NPSHr或提高NPSHa。10.B解析：通风机的全压与气体密度成正比（P∝ρ），故实际全压=1500×(1.8/1.2)=2250Pa。二、填空题1.离心力；升力（或推力）2.直；水力摩擦；冲击（或涡流）3.转速比（或n₁/n₂）；转速比；转速比4.压力；汽化压力；水击（或冲击波）5.动压；静压；Pa（帕斯卡）6.并联；串联；串联三、简答题1.工作原理：离心泵启动后，叶轮高速旋转，液体在离心力作用下从叶轮中心被甩向边缘，获得动能和压能；叶轮中心形成低压区，液体在大气压（或液柱静压）作用下被吸入泵内，形成连续流动。灌泵原因：若泵内有空气，空气密度远小于液体，叶轮旋转时无法形成足够的低压区，液体无法被吸入（气缚现象），导致泵无法正常工作。2.性能曲线绘制：H-Q曲线从左到右逐渐下降；P-Q曲线随流量增大而上升（离心泵）；η-Q曲线呈先上升后下降的抛物线形，最高点为最佳工况点（效率最高）。3.不稳定工作区：泵的H-Q曲线存在驼峰（即流量减小时扬程先升后降），当管路特性曲线与泵H-Q曲线相交于驼峰右侧（下降段）时，工况点稳定；若相交于驼峰左侧（上升段），则微小扰动会导致流量和扬程大幅波动，形成不稳定区。避免措施：选择H-Q曲线无驼峰的泵（如高比转速泵）；调整管路特性（如增加阻力）使交点位于下降段；避免泵在小流量下运行。4.出口阀门调节：优点是操作简单、成本低；缺点是调节时额外增加管路阻力，能量损失大，效率降低，仅适用于小范围调节。变速调节：优点是通过改变转速使泵性能曲线平移，管路阻力不变，能量损失小，效率高；缺点是需要变速装置（如变频器），初期投资高，适用于大范围调节。5.物理意义：比转速ns反映了泵与风机的综合性能特征，ns越大，泵的流量越大、扬程越低（如轴流泵ns=500~1000）；ns越小，流量越小、扬程越高（如离心泵ns=30~300）。设计作用：根据ns选择泵的类型（离心/混流/轴流）；确定叶轮的几何参数（如叶轮直径、叶片形状）；判断相似泵的性能。四、计算题1.解：根据相似定律（同一台泵，转速变化）：Q’/Q=n’/n→Q’=50×(1200/1450)=41.38m³/hH’/H=(n’/n)²→H’=30×(1200/1450)²=30×0.69=20.7mP’/P=(n’/n)³→P’=5.5×(1200/1450)³=5.5×0.503=2.77kW2.解：（1）工况点为泵性能曲线与管路特性曲线的交点，联立方程：50-0.001Q²=15+0.002Q²→0.003Q²=35→Q=√(35/0.003)=108.01m³/hH=15+0.002×(108.01)²≈15+23.33=38.33m（2）两台泵并联后，单台泵流量为Q/2，总性能曲线为H=50-0.001×(Q/2)²=50-0.00025Q²联立管路特性方程：50-0.00025Q²=15+0.002Q²→0.00225Q²=35→Q=√(35/0.00225)=124.72m³/h单台泵流量=124.72/2=62.36m³/h>60m³/h，可行。（3）若并联后仍不足，可采取措施：提高泵转速（增大性能曲线斜率）；更换高扬程/大流量的泵；减小管路阻力（如增大管径、减少弯头）。五、分析题可能原因：（1）叶轮磨损或堵塞：叶轮叶片磨损导致做功能力下降，流量减少；堵塞（如杂物）使流道截面积减小，流量降低，同时泵内水力不平衡引发振动。（2）吸入管路漏气：空气进入泵内形成气缚，降低有效流量；气体压缩性导致压力波动（压力表摆动），电机需额外做功（电流增大）。（3）汽蚀发生：NPSHa不足（如安装高度过高、吸入管路阻力大），液体汽化产生气泡；气泡破裂时冲击叶片，导致振动和流量下降；泵效率降低，电机负荷增加（电流增大）。（4）轴承或密封件损坏：机械摩擦增大，电机电流上升；转子不平衡引发振动，