化工原理(管国锋主编第三版)课后习题答案2流体输送机械

1、第2章 流体输送机械1）某盛有液体的圆筒容器，容器轴心线为铅垂向，液面水平，如附图中虚线所示。当容器以等角速度绕容器轴线旋转，液面呈曲面状。试证明：液面为旋转抛物面。液相内某一点（r，z）的压强。式中为液体密度。解 题给条件下回旋液相内满足的一般式为 （常量） 取圆柱坐标如图，当Z=0,r=0,P=P0,C=P0故回旋液体种，一般式为 液面为P=P0的等压面，为旋转抛物面又即：h0=H=2h0某一点（r,Z）的压强P:2）直径0.2m、高0.4m的空心圆桶内盛满水，圆筒定该中心处开有小孔通大气，液面与顶盖内侧面齐平，如附图所示，当圆筒以800rpm转速绕容器轴心线回旋，问：圆筒壁内侧最高点与最

2、低点的液体压强各为多少？解 取圆柱坐标如图，当Z=0,r=0,P=P0 ,C=P0 故回旋液体种，一般式为 B点：Z=0,r=R=0.1m, C点:Z=-0.4m,r=0.1m, 3）以碱液吸收混合器中的CO2的流程如附图所示。已知：塔顶压强为0.45at（表压），碱液槽液面与塔内碱液出口处垂直高度差为10.5m，碱液流量为10m3/h，输液管规格是57×3.5mm，管长共45m（包括局部阻力的当量管长），碱液密度，粘度，管壁粗糙度。试求：输送每千克质量碱液所需轴功，J/kg。输送碱液所需有效功率，W。解 ,查得 4）在离心泵性能测定试验中，以2 泵汲入口处真空度为220mmHg，以

3、孔板流量计及U形压差计测流量，孔板的孔径为35mm，采用汞为指示液，压差计读数，孔流系数，测得轴功率为1.92kW，已知泵的进、出口截面间的垂直高度差为0.2m。求泵的效率。解 5）IS65-40-200型离心泵在时的“扬程流量”数据如下：V  m3/h7.512.515He  m13.212.511.8用该泵将低位槽的水输至高位槽。输水管终端高于高位槽水面。已知低位槽水面与输水管终端的垂直高度差为4.0m，管长80m（包括局部阻力的当量管长），输水管内径40mm，摩擦系数。试用作图法求工作点流量。 V m3/h7.5 12.515He m9.6019.526.4He m1

4、3.212.511.8由作图法得，工作点流量V=9.17m3/h6）IS65-40-200型离心泵在时的“扬程流量”曲线可近似用如下数学式表达：，式中He为扬程，m，V为流量，m3/h。试按第5题的条件用计算法算出工作点的流量。解 7）某离心泵在时的“扬程流量”关系可用表示，式中He为扬程，m，V为流量，m3/h。现欲用此型泵输水。已知低位槽水面和输水管终端出水口皆通大气，二者垂直高度差为8.0m，管长50m（包括局部阻力的当量管长），管内径为40mm，摩擦系数。要求水流量15 m3/h。试问：若采用单泵、二泵并连和二泵串联，何种方案能满足要求？略去出口动能。8）有两台相同的离心泵，单泵性能为

5、，m，式中V的单位是m3/s。当两泵并联操作，可将6.5 l/s的水从低位槽输至高位槽。两槽皆敞口，两槽水面垂直位差13m。输水管终端淹没于高位水槽水中。问：若二泵改为串联操作，水的流量为多少？9）承第5题，若泵的转速下降8%，试用作图法画出新的特性曲线，并设管路特性曲线不变，求出转速下降时的工作点流量。解 设原来转速为n，后来转速n=0.92n,前后各有关参量的关系为：可由原来的（He,V）数据一一对应算出新转速时的（He V）数据 ，如下表所示：转速nV m3/h7.512.515He m13.212.511.8转速nV m3/h6.911.513.8He m11.1710.589.99

6、管路特性曲线：He =4.0+0.0995V2 m ,(Vm3/h),可作图法得（V,He ）,数据如下：（6.9,8.74）,(11.5,17.16) ,(13.3,22.9)由作图法得，工作点V=8.8m3/h 10）用离心泵输送水，已知所用泵的特性曲线方程为：。当阀全开时的管路特性曲线方程：（两式中He、Hem，Vm3/h）。问：要求流量12m3/h，此泵能否使用？若靠关小阀的方法满足上述流量要求，求出因关小阀而消耗的轴功率。已知该流量时泵的效率为0.65。解: (1) He=360.02V2 He=120.06V2 He=He，解得V=17.3m3/h 适用 (2) 当V=12m3/h

7、 He=36-0.02´122=33.12m，He=120.06V2=120.06´122=20.64m 11）用离心泵输水。在n = 2900 r/min时的特性为He = 360.02V2，阀全开时管路特性为 He= 120.06V2 (两式中He、He-m , V-m3/h)。试求：泵的最大输水量；要求输水量为最大输水量的85 %，且采用调速方法，泵的转速为多少？解：(1) He=36-0.02V2 He=12+0.06V2 He=He，解得V=17.3m3/h (2) V=0.85V=14.7m3/h，令调速后转速为n r/min H=()2H V= 泵: (290

8、02/n2)H=36-0.02´(29002/n2)V2 H=36´ n2/(29002)-0.02V2 当V=14.7m3/h 则H=( n2/29002)´36-0.02´14.72 He=12+0.06V2 =12+0.06´14.72=24.97m 由He=He，解得n=2616r/min12) 用泵将水从低位槽打进高位槽。两槽皆敞口，液位差55m。管内径158mm。当阀全开时，管长与各局部阻力当量长度之和为1000m。摩擦系数0.031。泵的性能可用He = 131.80.384V表示(He-m , V-m3/h)。试问：要求流量为1

9、10m3/h，选用此泵是否合适？若采用上述泵，转速不变，但以切割叶轮方法满足110m3/h流量要求，以D、D 分别表示叶轮切割前后的外径，问D/D为多少？解：(1)管路He=H0+KV2 =Dz+8l(l+Sle)/(p2gd5)Vs2=55+2.601´104Vs2=55+0.00201V2 =55+8´0.031´1000/(p2´9.81´0.1585) Vs2 由He=131.8-0.384V He=55+0.00201V2 得V=122.2 m3/h >110 m3/h 适用 (2) H=(D/D)2H V=(D/D)V 切削叶

10、轮后：(D/D)2H=131.8-0.384(D/D)V 即 H=(D/D)2´131.8-0.384(D/D)V V=110 m3/h 时，H=(D/D)2´131.8-0.384(D/D)V=(D/D)2´131.8-0.384(D/D) ´110 =131.8(D/D)2-42.24(D/D) He=55+0.00201V2 =55+0.00201´1102=79.32 m ，由He=H，解得D/D=0.95213） 某离心泵输水流程如附图示。泵的特性曲线方程为：He=42-7.8´104V2 (He-m , V-m3/s)。图

11、示的p为1kgf/cm2(表)。流量为12 L/s时管内水流已进入阻力平方区。若用此泵改输r=1200kg/m3的碱液, 阀开启度、管路、液位差及P值不变，求碱液流量和离心泵的有效功率。 习题13 附图解：p=1kgf/cm2=9.807´104Pa V=12L/s=0.012m3/s 管路He=H0+KV2=10+(9.807´104)/(9.807´1000)+KV2=20+K´0.0122 He=42-7.8´104´0.0122=30.77 m He=HeK=7.48´104 改输碱液阀门开度、管路不变 K=7.48

12、´104 不变 管路: He=Dz+p/(rg)+KV2=10+9.81´104/(9.81´1200)+7.48´104V2 =18.33+7.48´104V2 泵 He=42-7.8´104V2 He=He ，解得：V=0.0124m3/s He=42-7.8´104V2=42-7.8´104´0.01242=30.0 m Ne= HegVr=30.0´9.81´0.0124´1200=4.38´103W14) 某离心泵输水，其转速为2900r/min，已知在本

13、题涉及的范围内泵的特性曲线可用方程He = 36-0.02V来表示。泵出口阀全开时管路特性曲线方程为： He = 12 + 0.05V2(两式中He、He¾m，V¾m3/h)。求泵的最大输水量。当要求水量为最大输水量的85 %时，若采用库存的另一台基本型号与上述泵相同，但叶轮经切削5 %的泵，需如何调整转速才能满足此流量要求？解：(1)由He=36-0.02V He=12+0.05V2 令He=He 解得V=21.71m3/h (2)D/D=0.95 V=0.85V=0.85´21.71=18.45m3/h 另一泵：He=36´0.952-0.02

14、80;0.95V=32.49-0.019V 调整转速后：He=32.49(n/2900)2-0.019(n/2900)V =32.49(n/2900)2-0.019(n/2900) ´18.45 =32.49(n/2900)2-0.351(n/2900) 又 He=12+0.05V2 =12+0.05´18.452=29.02 m，由 He=He 解得n=2756 r/min15) 某离心泵输水流程如图示。水池敞口，高位槽内压力为0.3at(表)。该泵的特性曲线方程为：He=48-0.01V2 (He¾m , V¾m3/h)。在泵出口阀全开时测得流量为3

15、0m3/h。现拟改输碱液，其密度为1200kg/m3，管线、高位槽压力等都不变，现因该泵出现故障，换一台与该泵转速及基本型号相同但叶轮切削5 %的离心泵进行操作，问阀全开时流量为多少？ 解：p=0.3at=2.94´104 Pa 管路He=Dz+p/(rg)+KV2=20+2.94´104/(9.81´1000)+KV2=23+KV2 V=30m3/h时He=48-0.01V2=48-0.01´302=39 m 习题15 附图He=23+KV2=23+K´302 由于He=He K=0.0178 管路He=23+0.0178V2 泵: He=4

16、8´(D/D)2-0.01V2=48´0.952-0.01V2=43.32-0.01V2 改泵后管路: He=Dz+p/(rg)+KV2=20+2.94´104/(9.81´1200)+0.018V2 =22.5+0.018V2 He=43.32-0.01V2 He=22.5+0.018V2 得V=27.3 m3/h16) IS100-80-160型离心泵， P0=8.6mH2O,水温150C,将水由低位槽汲入泵，有管路情况基本的性能，知V=60m3/h,查的h,允=3.5m,已知汲入管阻力为2.3m,H2O,求最大安装高度解 150C清水：=9999k

17、g./m3,PV=1705.16Pa 17) 100KY100-250型离心泵，P0=8.6mH2O,水温150C,将水由低位槽汲入泵，已知工作点流量为100m3/h,查得HS=5.4m,汲水管内径为100mm,汲水管阻力为5.4mH2O。求Hg,max 18）大气状态是10、750mmHg(绝压)。现空气直接从大气吸入风机，然后经内径为800mm的风管输入某容器。已知风管长130m，所有管件的当量管长为80m，管壁粗糙度，空气输送量为2×104m3/h (按外界大气条件计)。该容器内静压强为1.0×104Pa(表压)。库存一台9-26型No.8离心式风机，当流量为2198

18、2 m3/h，mmH2O，其出风口截面为0.392×0.256m2。问：该风机能否适用？19） 离心式风机输送空气，由常压处通过管道水平送至另一常压处。流量6250kg/h。管长1100m(包括局部阻力)，管内径0.40m,摩擦系数0.0268。外界气压1kgf/cm2，大气温度20，。若置风机于管道出口端，试求风机的全风压。提示：1. 风管两端压力变化(p1-p2)/p1< 20 %时，可视为恒密度气体，其rM值按平均压力(p1+p2)/2计算。2. 为简化计算，进风端管内气体压力视为外界气压。3. 管道两端压差< 104Pa 解: 以下以H表示管路的压降 (p1p2)。 pm=p0+(p0H)/2=p0H/2 rm=pm·M/(RT)=(p0H/2)M/(RT) H=l(l/d)(u2/2) rm=l(l/d)( rm u)2/(2rm) =llW2/(p/4)d222drm =8llW2RT/p2d5