化工原理第二章泵习答案

1、二 流体输送机械习题解答1.解: (1)离心泵内有高速旋转的叶轮向液体传送动能,此动能即而又转变为液体的压力能,靠此压力能输送液体; 正位移泵利用活塞或转子挤压液体使其升压而输送液体. (2)叶轮将机械能传给液体,平衡孔平衡轴向推力, 泵壳即为收集液体又为转能装置,密封圈是防止空气漏入泵内或液体漏出泵外.2.解: 在真空表与压强表截面间列柏努利方程 z1+u12/2g+p1/g+H=z2+p2/g+u22/2g+Hf u1=u2, z2-z1=0.4m, hf =0 p1=-185×133.3=-24660.5(N/m2), p2=1.55×9.81×104 =1

2、.52×105 (N/m2) H=0.4+(1.52+0.2466)/(1000×9.81)×105 =18.41(mH2O) Ne=QHg=(26/3600)×18.41×1000×9.81=1.3(kw) =Ne/N=1.3/2.45=53.23.解: (1)流量,扬程均够,电机功率不够. 因为:有效功率N=HQPg=15×(38/3600)×1800×9.81=2.8(kw) 如效率仍按0.8考虑,则轴功率Ne为:N e =2.8/0.8=3.5(kw) 故应换一台功率大于3.5KW的电机即可. (

3、2)主要是扬程不够,可用改变转速的办法来解决. H'/H=(n'/n)2 , n'=n(H'/H)1/2=2900(25/15)1/2 =3741(转/分) Q'=Q(n'/n)=39.6×1.29=51.1(m3/h) N'=N(n'/n)3=2.02(3741/2900)3=4.34(kw) 转速提高到3741r/min,电机功率大于4.34kw即可.4.解: Hs'=Hs-(10.0-9.16)=6.5-(10.0-9.16)=5.66(m) Zs =Hs'-Hf=5.66-3=2.66(m) 3m

4、>2.66m,故泵不能正操作.5.解: (1)从附录查得,65Y-60B型油泵性能参数为H=38m,Q=19.8m3/h,h=2.6m 管路所需压头: H=z+p/g+hf=5+(1.8×9.81×104 )/(800×9.81)+5=32.5(m) 管路所需流量Q=15m3/h,故该泵所提供的压头和流量均能保证要求. (2)安装高度: Zs=pO/g-pv/g-h-Hf =(760×133.3)/(800×9.81)-(600×133.3)/(800×9.81)-2.6-1 =-0.88(m) 即安装高度需低于液面0

5、.88m,现低于液面1.2m,当然可行.6解: 库存泵的Hs =6mH2O,由此可求得该泵入口处的充许最低压强为: pA/g-pe/g=Hs pe/g=pA/g-Hs =10.33-6=4.33(m) pe=4.33×1000×9.81=4.25×104 (N/m2)(绝压) 原泵操作时,泵进口的绝压为: (pe)操=0.95×105-294×133.3=5.58×104(N/m2) (pe)操>pe，故不会发生气蚀.7解: ZspO/g-pv/g-h-hfs , 由于液体处于沸腾状.pO=pv ,则: -2.1-2-(L/0.

6、05)(u2/2g) u=5.8/(0.785×0.052×3600)=0.821(m/s) L=(0.1×0.05×2×9.81)/(0.02×0.8212)=7.3(m)8解: 查得60的水pv=0.203(kgf/cm2)=2.03mH2O; 吸上高度要比(pA-pv)/g=10.33-2.03=8.3m低,但图(c)中的吸上高度已有8m,考虑到吸入管阻力等因素,此种安装方式可能发生气蚀,而不能将水送到高位槽.(a).(b)两种方式可以送到.流量与泵之性能及管路特性有关,此两种方式中, 管路情况都是一样的,故此两种方式都可达到相

7、同的流量. N=QHg/,既然(a).(b)两种安装方式的Q.H都一样,其它条件亦同,故输送所需之轴功率亦相等.9.解: H=z+p/g+hf z=20m, p=0, hf=8/(2g)()(l+le)/d5Q2 将数据代入并化简: H=20+0.00062Q2 式中, Q单位为m3/h,H单位为m。将Q赋予一定的值,并计算得H的值如下表:Q020406080120160200H2020.3521.022.224.028.935.944.8以表中数据作图得管路特性曲线,并与泵特性曲线交于工作点M, 分别求得工作点的流量：Q=142m3/h,H=32m,=0.74,N=18kw.10.解: H=

8、z+p/g+u2/2g+hf=5+0+0+(L/d)(u2/2g)+(u2/2g) =5+1.186u2 u=Q/(0.785d2×3600)=Q/(0.785×0.122×3600) H=5+0.00072Q2=5+2.59×10-6Q'2 Q单位:m3/h; Q'单位:l/min 工作点M之H=32.5m, Q=3200 l/min N轴=Ne/=32.5×3200×10-3×1000×9.81/(60×0.55) =30.9(kw) 每小时耗电费为30.9×0.12=3.7

9、1（元）11.解: (1)求阀全开时泵的有效功率 H=z+p/g+u2/2g+Hf , z+p/g=10(mH2O); u2/2g=0 u=0.0039/(0.785×0.052)=1.99(m/s) 将数据代入上式: H=10+0.03(150/0.05)×(1.992/(2×9.81)=28.2(m) Ne=QHg=0.0039×28.2×1000×9.81=1.08(kw) (2)求H=A-BQ2中的A.B值 当Q=0时,H=A.又在泵入、出口处列柏努力方程: H=He=z+p/g+u2/2g+Hf 当Q=0时,u=0,hf=0

10、,z为泵入口真空表与出口压强表之间距离,可忽略.故 H=He =(3.2×9.81×104+200×133.3)/g=34.72(m) A=34.72; 于是得到:H=34.72-BQ2 由本题第1问得到:当Q=0.0039m3/s=14m3/h时,H=28.2m 代入此式,得: B=(34.72-28.2)/142=0.033 泵的特性曲线方程可表示为 H=34.72-0.033Q212.解: He=z+p/g+u2/2g+hf =16+0.3×9.81×104(1000×9.81)+2.1=21.1(m) 根据H=21.1m,Q=

11、30m3/h,于附录中选用3B33A型泵比较安全,(H=25m,Q=35m3/h)13.解: He=z+p/g+u2/2g+hf =8+400×103/(1500×9.81)+30×103/(1500×9.81)=35.4(m) Q=7.5(m3/h) 根据H=35.4m,Q=7.5m3可选耐腐蚀泵40F-40型(Q=7.2m3/h,H=39.5m),尽管额定流量较7.5m3/h小一些,但压头H=39.5m,较所需35.4m有较大裕量,实际操作时,H可以降一点, 致使流量增大,可望满足需要.但需指出,该操作条件下,泵的效率会低一些.14.解: (1)求送

12、水量: 管路所需压头相等,即泵工作点之流量为: 40-0.01Q2=20+0.04Q2 Q=20m3/h (2)关小阀门的压头损失: 关小阀门后流量为Q'=3/4×20=15(m3/h) 将Q'=15代入管路曲线.得H=20+0.04×152=29(m) 将Q'=15代入泵特性曲线得He=40-0.01×152=37.75(m)额外增加压头损失为H=37.75-29=8.75(m)15.解: H=z+p/g+u2/2g+hf=4.8+0+0+(355/0.068)(u2/2g) =4.8+1.68×10-4Q2 (Q单位：l/mi

13、n)于是:得一系列数值:Q(l/min)0100200300350400450500H(m)486.4811.5419.9625.4331.7438.946.9 作管路曲线与泵特性曲线,两条线相交得工作点M,其流量Q=400 l/min.如泵转速改为1600(r/min)时,这时流量为Q',压头为H',则 Q'/Q=n'/n=1600/1450=1.1; Q'=1.1Q H'/H=(n'/n)2=(1600/1450)2=1.22;H'=1.22H 作新条件下的泵特性曲线:(Q的单位: l/min;H的单位: m)Q0110220

14、330440550H45.446.445.142.138.834.8 得到新的工作点M',该点对应的流量Q'=445 l/min 题15附图16.解: 单泵使用时:Q=1m3/min, 则:H=20-2×12=18(m) 管路特性曲线H=z+p/g+BQ2=10+0+BQ2, 在泵的工作点:18=10+BQ2, 则:B=(18-10)/12=8 得到管路特性曲线方程为: H=10+8Q2 若Q增加为1.5m3/分,根据题意保持不变即B值不变.则管路所需压头为 H=10+8×1.52=28(m) 而单泵操作时,泵提供压头数为 H=20-2×1.52=

15、15.5(m) 两泵并联时特性曲线为 H=20-2/22×Q2=20-0.5Q2 并联泵提供压头为:H=20-0.5×1.52=18.98(m) 两泵串联时特性曲线为:H=40-4×Q2=40-4×1.52=31(m) 串联泵提供压头为31m,显然只有两泵串联可望满足要求.17.解:并联时,H不变,Q增加一倍 Q并=2Q单 , Q单=Q并/2原单泵特性曲线H=50-0.085Q2 H并=50-0.085(Q并/2)2=50-0.0213Q并2二泵串联时,流量不变,压头加倍,即:H串 =2H单 故二泵串联时的特性曲线为:H串=2(50-0.085Q2)=1

16、00-0.17Q218.解:全风压: HT=zg +p+u2/2+hf=0+15+15+155=185(mmH2O)将全风压换算成标准状况(规定状况)值: HTC=HTc/=185×1.2/1=222(mmH2O)已知风量Q=40000m3/h,根据HTC =222mmH2O,可选用4-72-11 10C型风机.全压为: 227(mm水柱),Q=41300(m3/h)19.解: Ws =/(-1)×p1V1(p2/p1(-1)/-1 p1V1=(G/M)RT=1/29×8314×278将数据代入上式,得到: Ws=1.4/(1.4-1)×1/2

17、9×8314×278324/101.3)(1.4-1)/1.4-1=111.6(KJ)在密闭筒中压缩: Ws=V2V1 pdV =1/(-1)p1V1(p2/p1)(-1)/-1 =1/(1.4-1)×1/29×8314×278324/101.3 (1.4-1)/1.4 -1=79.7(KJ)20.解: Nad=n×1/(r-1)p1V1(p2/p1)(r-1)/nr -1 V1=p0V0/T0×T1/p1代入上式 Nad=n×1/(r-1)p0V0T1/T0(p2/p1)(r-1)/nr -1 =(4×

18、1.4/0.4)×(101300×3.5/60)×(303/273)(150)0.4/(4×1.4)-1 =39482(w)=39.5(kw) N=Nad/=39.5/0.85=46.5(kw)由于采取4级压缩,每级压缩比为 i=(150)1/4 =3.5故 T2=T1(p2/p1)(r-1)/r =303(3.5)0.4/1.4=433.6K=161()21.解: (1)P点为工况点,P点对应的流量为该泵在系统中所提供的最大流量 30-0.01Q2=10+0.04Q2 解得 Qmax=20 m3/h 此时泵的压头为26m (2)当供水量为最大输水量的7

19、5%时,即: Q'=20×0.75=15(m3/h) (a)图中H 为出口节流调节所 产生的节流损失增加量 H'=30-0.01Q2=30-0.01×152=27.75(m); He'=10+0.04Q2=10+0.04×152=19(m) H=H'-He'=8.75m (b)根据比例定律: Q/Q'=(n/n');H/H'=(n/n')2 故得: 泵的性能曲线上: H=H'(n/n')2, Q=Q'(n/n') 于是泵性能曲线变为:H'(n/n'

20、;)2=30-0.01Q'2(n/n')2,即:H'=(n'/n)2×30-0.01Q'2 新的工作点处: (n'/n)2×30-0.01Q'2=10+0.04Q'2 当Q'=15m3/h解出 n'=2900×0.8416 =2440r/min 22.解 取截面1-1,2-2如题图所示,列柏努利方程 z1+p1/g+u12/2g+He=z2+p2/g+u22/2g+Hf +p器/g u2=V/A=18/(3600×0.785×0.0532)=2.27(m/s), p

21、1=p2 u1=0 He=(23-3)+(2.272/(2×9.81)+19×2.272/2/9.81 +73.6×2.272/(2×9.81)×1000/(1000×9.81)=27.2(mH2o) 由2B-31型离心泵性能曲线图查得: Q=18m3/h时,H=31.5m(>27.2m) 且=62%,而max =65%; 65%×92%=59.8%(<62%)故此泵适用。23.解: (a)将d=0.1代入u=(45/3600)/(/4×d2), 得u=1.592m/sRe=du/=0.1×1

22、.592×1000/(1×10-3)=159200 湍流=0.3164/Re0.25 =0.3164/1592000.25=0.01584 在1-1与2-2间列柏努利方程z1+u12/2g+p1/g+He=z2+u22/2g+p2/g+Hf1-2 z1=0,u1=0,u2=0, z2=20, p1(表)=0, p2(表)=0.2×9.81×104 N/m2 Hf1-2=(l+le)/d×(u2/2g)=0.01584×150/0.1×1.5922/(2×9.81)=3.07m水柱 将以上各值代入柏氏方程式中,求得:

23、 He=25.07m 功率 N轴=HeQg/(1000) =25.07×(45/3600)×103×9.81/(103×0.65)=4.73kw (b)泵的性能曲线与无关,但管路性能曲线 He=z+z/g+BQ2 中,Z不变,P/g1/ >H2o ,故(z+p/g)要变小,这样工作点由A移于A',可见扬程减小(H'< H), 流量增大(Q'>Q) NHQ N'/N=(H'/H)×(Q'/Q)×('/) H'/H<1,Q'/Q>1,&#

24、39;/>1,因为一般H-Q比较平,(Q'/Q)× (H'/H)通常大于1, 而本身变化最大,Q,H的变化相对要小些,故(N'/N)> 1,即功率要增大24.解: (1)电动机功率不够 N=38/3600×15×1800/(1000×0.8)=3.5KW; 换大电机 (2)扬程不够H/H'=(n/n')2; 15/30=(1400/n')2 n'=1980 增加n=1980r/min.检查功率: N/N'=(n/n')3; 2.02/N'=(1400/1980)3

25、 N'=5.72KW 换一电机功率为5.72KW,n=1980r/min. (3).可以使用, 通过关小出口阀调节至工作点.25.解: (1)取贮槽中面为0-0兼基准面,真空表处截面为1-1,列柏努力方程: p0/g=z1+p1/g+u2/2g+Hf (a)已知:p0/g=10.33m,z1=2m,(u2/2g+Hf)=2m将以上值代入(a)中 10.33=2+p1/g+2,则p1/g=6.33(mH2O) (绝) P1真/g=p0/g-p1/g=10.33-6.33=4(mH2O)h=h'Hg真空表读数为h=4×1000/13600=0.294(mHg)=294(m

26、mHg) (2)发生汽蚀现象 20 Hg=Hs-(Hf,入+u2/2g)=5-2=3m>2m安装合适 50 Hs'=HsHv+0.24=5-0.1528×9.81×104/(1000×9.81)+0.24 =5-1.52+0.24=3.72(m) Hg'=3.72-2=1.72m<2m措施:将泵下移至1.72m以下; 减少吸入管路阻力损失,Hg'>2m以上.26解: (1)取截面1-1,2-2如题图所示,列柏努利方程得: He=(z2-z1)+(p2-p)/g+(u22-u21)/2g+(L/d)u2/2g =20+204

27、×103/(1000×9.81)+0.02(200/0.12)×1.232/(2×9.81) =43.40(mH2o) 查3B-57型离心泵性能曲线图: Q=50m3/h时,He=56m,=75%而max68%, 68%×90%=61.2%(<)故此泵适用. (2)当Vs=0时,u=0, He=60.8m;Vs=60m3/h时,u=1.47m/s,He=45.4m 在3B-57型离心泵性能曲线图上作该管路特性曲线与泵的HQ线的交点M 坐标大约为: Q=63m3/h,N=13KW,=67%,即为所求。27解: 列截面1-1,2-2柏努利方程

28、得:H=(z2-z1)+ Hf =18+1+3=22(m)功率 N轴=HQg/(1000)=22×(30/3600)×103/(102×0.6)=3.0(kw)Hg=Hs-u12/2g-Hf,0-1=6-1=5m>2m, 安装高度合适28.解: Hg=Hs-u12/2g-Hf,0-1=6-1.5=4.5m 安装高度为4.5m29.解: 该题条件下,油泵所消耗的功率完全用于克服管路阻力 (1) A=0.785×(0.15)2=0.0177(m2); u=40/(3600×0.0177)=0.63(m/s) Re=0.15×0.63×890/0.4=210(层流),=64/Re=64/210=0.304 Hf=(L+Le)/d)u2/2g=0.304×(2000/0.15)×0.632/(2×9.81)=82.1(m) Ws=40×890/3600=9.9(kg/s) ,N=82.1×.9.81×9.9/(1000×0.65)=12.3(KW) (2) H'=0.8×