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。式中液相内某一点（r，z）的压强P为液体密度。解题给条件下回旋液相内满足的一般式为2P gz r2 C （常量）取圆柱坐标如图，当 Z=0,r=0,P=Po, v C=F?故回旋液体种，一般式为 p gz 一厂r2 Po液面为P=P的等压面gz22 r 20,Z2却2，为旋转抛物面2 H R22g2P2rr 3又 R h0Z 2 rdrr dr0g 04g即：h=4g H=2h 某一点（r,Z ）的压强P:PP0gh22 r2P0g

2、(r22gZ)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低点的液体压强各为多少？2解P gzr2 C2取圆柱坐标如图，当Z=0,r=0,P=P ,二 C=P2故回旋液体种，一般式为p gzr2 P02B点:Z=0,r=R=0.1m, PB P02R2遊(型2 )2 0.122 603.51 104 PaC点:Z=-0.4m,r=0.1m,2Pc PogZr221000 9.81 ( 0.4)1000 (-800 2 )2 0.123.90 104 Pa2 60

3、3）以碱液吸收混合器中的CO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10nVh , 输液管规格是 57X 3.5mm管长共45m （包括局部阻力的当量管长），碱液密，粘度,管壁粗糙度0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, WS ghP2 P0l le1)UTJ/Kg1036001.41m/s(0.050)24Re0050 曲 3 1200 4.23 102 10 3d 0.2504 10 3，查得0.031二 Ws9.81 10.5 045 981 1041200(0.0311)込 16

4、8.5J/Kg0.05024510 Ne 乂 WS 融 1200 1685 561 7W4）在离心泵性能测定试验中，以 2泵汲入口处真空度为220mmH,以孔板 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,孔流系数已知泵的进、，测得轴功率为1.92kW, 出口截面间的垂直高度差为0.2m。求泵的效率nNeHe (Z24d/C0VpgHeZ1）虫上2(40.22 981 10 220 1331000 9.81)gR -(0.035)2 0.63 2(13-6 1) 98148.79 10 3103 9.81 15.21.31 103W15.2m8.79 10 3m

5、3/s解5）IS65-40-200型离心泵在时的“扬程流量”数据如下：Vm3/h7.512.515Hem13.212.511.8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），输试用作图水管内径40mm摩擦系数 法求工作点流量。管路特性曲线：He H08 2 ；24.0 邙 0.02 80 5VS24.0 1.29 106VSgd9.810.040将流量的单位改为 m3/h,以V表示以便同泵的特性曲 线一致，则5/22He 4.0 1.29 10 ()4.00.0995V3600H e V计算数据

6、结果列于下表：V m3/h7.512.515H e m9.6019.526.4FL m13.212.511.8由作图法得，工作点流量 V=9.17m/h时的6) IS65-40-200型离心泵在“扬程流量”曲线可近似用如下数学式表达:，式中f为扬程，m V为流量，m/h 试按第 5 题的条件用计算法算出工作点的流量。泵的特性曲线： He 13.67 8.30 10 3V 2 解 管路特性曲线： H e 4.0 0.0995V 2令 He He,解得 V 9.47 m3/h7）某离心泵在时的“扬程流量”关系可用表示，式中H.为扬程，m V为流量，m/h。现欲用此型泵输水。已知低位槽水面和输水管终

7、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 nVh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。解管路特性曲线：He 8.02 8 0.02 50 5vS 8.0 8.07 105vS2 9.81 0.04058.0 0.0623V2,m（单位：VS m3/s,V m3/h） 单泵：He 13.67 8.30 10 3V2He 8.0 0.0623V2令He He解得 V 8.96m3/h 二泵串联：He，串 2（13.67 8.30 10 3V227.34 1.66 10 2V2He

8、8.0 0.0623V2令He,串 He,解得V串 15.7m3/h 二泵并联：He并 13.67 8.30 10 3（V并 /2）2 13.67 2.075 10 3V并2He 8.0 0.0623V2令He,并氏,解得V并 9.38m3/h可见，只有二泵串联可 满足V 15m3/h的要求。8）有两台相同的离心泵，单泵性能为3,m式中V的单位是m/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？解并联：扬程 He,并45 9.2 105（6.5 10 二） 35.3m管

9、路特性方程：He 13 K（6.5 10 3）2，He 35.3m K 5.28 105串联：He,串 2（45 9.2 105VS2）52He 13 5.28 10 VS令He,串He,解得 VS 5.70 10 3m3/s9）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：V /V n /n,He/He （n /n）2可由原来的（i-e,V）数据一一对应算出新转速时的（h e V）数据，如下表 所示：转速nV m3/h7.512.515-e m13.212.511

10、.8转速nV m3/h6.9I 11.513.8H e m11.17P 10.589.99管路特性曲线:He =4.0+0.0995V2 m ,(V rn/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=8.8m/h10) 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 HL He m, V m/h )。冋:0.65 3600要求流量12m/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： H e=

11、36- 0.02V2H e=12+ 0.06 V2 He=H，解得 V=17.3m/h适用(2)当 V=12mh2H=36 0.02 12=33.12m， 2He =12 + 0.06V =12 +0.06 122=20.64mHeV g 1210009.81(331220.64)N627.8W11) 用离心泵输水。在 n = 2900 r/min 时的特性为He = 36 0.02V，阀全开时 管路特性为He=12 + 0.06V2 (两式中He He -m , V-m 3/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： H e=36 0.

12、02V2H e =12+0.06 t H5=H5，解得 V=17.3m/h(2) V =0.85V=14.7m3/h，令调速后转速为 n r/minH =()2H V = V29002900泵：(2900 2/n 2)H =36 0.02 (29002/n 2)V2 2 2 2H =36 n /(2900 ) 0.02V当 V=14.7m/h则 H =( n 2/29002) 36 0.02 14.72H e =12+0.06V2 =12+0.06 14.72=24.97m由 H=H，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

13、开时，管长与各局部阻力当量长度之和为1000m摩擦系数0.031 o泵的性能可用 He = 131.8 0.384V表示(He-m , V-m 3/h)。试问：要求流量 为110nVh，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110riVh流量要求，以DD分别表示叶轮切割前后的外径，问D/D 为多少？解：管路hh+kV=z+8 (l+ le)/( 2gd5)V s2=55+2.601 104VS2=55+0.00201Z=55+80.031 1000/( 2 9.81 0.158) Vs2由 He=131.8 0.384VHe=55+0.00201得 V=122.2 m3

14、/h 110 m3/h适用2 (2) H=(D/D ) H V=(D/D )V2切削叶轮后：(D/D ) H =131.8 0.384(D/D )V即 H =(D /D) 2 131.8 0.384(D /D)VV=110m/h时，2 2H =(D /D)131.8 0.384(D /D)V =(D /D)131.8 0.384(D /D)110=131.8(D /D) 2 42.24(D /D)H e =55+0.00201V=55+0.00201 110=79.32 m，由 H =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 10V(

15、He-m , V-m3/s)。图示的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 =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/cm 2=9.807 104Pa V=12L/s=0.012m 3/s管路 He =H+KV=10+(9.807 10)/(9.8071000)+KV2=20+K 0.0122424H e=42 7.8 10 0.012 =30.77 m/ H=H K=7.48 10改输碱液阀门开度、管路不变K=7.48 104不变管路：He = z+p/( g)+

16、KV=10+9.81 104/(9.811200)+7.48 104V2=18.33+7.48104V泵 H e=42 7.8 10V t Fe=H ，解得：V=0.0124m/s He=42 7.8 104V2=42 7.8 104 0.01242=30.0 m2= HegV =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 + 0.05V 2(两式中 He He m V ni/h)。求泵的最大输水

17、量。当要求水量为最大输水量的85 %寸，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 H=36 0.02VHe =12+0.05令 1=14 解得 V=21.71M/h(2)D /D=0.95 V =0.85V=0.85 21.71=18.45m3/h另一泵：H=36 0.952 0.02 0.95V=32.49 0.019V调整转速后：He=32.49(n/2900) 2 0.019(n/2900)V2=32.49( n/2900)0.019( n/2900)18.452=32.49( n/2900)0.351( n/290

18、0)又 H e=12+0.05 =12+0.05 18.452=29.02 m，由 H e=IH 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 (He m , V mVh)。在泵出口阀全开时测得 流量为30riVh。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=2.94104 Pa管路 He = z+p/( g)+K*=20+2.94 104/

19、(9.811000)+kV=23+kV322V=30m /h 时 14=48 0.01V =48 0.01 30 =39 mHe =23+kV=23+K 302由于 HHK=0.0178管路耳=23+0.0178 2 2 2 2 2泵：H e=48 (D /D)0.01V =48 0.95 0.01V =43.32 0.01V改泵后管路：H e = z+p/( g)+KV=20+2.94 104/(9.811200)+0.018V22=22.5+0.018VHe=43.32 0.01V2得 V=27.3 m3/hH e =22.5+0.018V216) IS100-80-160 型离心泵，路情

20、况基本的性能，知2.3m,H2O,求最大安装高度 解150CP=8.6mHO,水温150C,将水由低位槽汲入泵，有管V=60h,查的 h,允=3.5m,已知汲入管阻力为p=9999kg./m3,Pv=1705.16PaHg,max8.6P。 g1705.16999 9.81H f ,0 1h,允g2.3 3.52.63m417) 100KY100-250型离心泵，Po=8.6mHO,水温15C,将水由低位槽汲入泵，已知 工作点流量为100nVh,查得Hs=5.4m,汲水管内径为100mm汲水管阻力为 5.4mH2Q H,maxPoP/解：Hs允Hs10 0.24g g5.4 10.33 0.2

21、4 8.6 1705.16/(999 9.81)3.97m3.54m/s100/3600U 22 (0.10)H g,max H s,允U；2g3 542H2397帀542如18) 大气状态是10C、750mmHg绝压)。现空气直接从大气吸入风机，然后 经内径为800mm勺风管输入某容器。已知风管长130m所有管件的当量管长为80m管壁粗糙度0.3mm，空气输送量为2X 104Rl/h (按外界大气条件计)。该容器内静压强为1.0 X 104Pa(表压)。库存一台 9-26型No.8离心式风机，2900rpm，当流量为 21982 m3/h , Ht 1565 mm2O，其出风口截面为 0.3

22、92 X2 0.256m。问:该风机能否适用?解：大气：t10C,F0 750mmHg(绝)，风量：V 2P2 1,0 104 Pa(表)1.10 105Pa (绝)， 计算R:(按100C等温过程计算)G 2.46 104/3600 ( /4) 0.82Re dG/ 0.80 13.59/(1.77/d 0.3/8003.75 10 4查得P22 P22P2V2(1.10 105)22 8314- 一5 _104m3/h(按 0计)，W 2750 133.3 2931.23Kg /m 8314 283104 1.23 2.461.77 10 5 Pa104 Kg/h计算式：G2L nEP2P

23、13.592 Ln1.10 1051.103 105Pa经试差，得R要求的Ht(RP2) G2/(213.59Kg /(s, m2)5)6.14 1050.0168IG20(P2V2 RT/H) 2dR210283/29(绝)0.0168210 135922 0.80o)(1.103105750 133.3)2.46 104/(3600 0.392 0.256)22 1.231245mmH2O1.221 104Pa折合到标准状态(1.20Kg/m3)1214mmH2O3 ,V 2 104m3/h, HT,标 1245 1.20/1.23库存离心式风机，n 2900rPm,当 V 210892m3 / h,HT,标 1565mmH2O,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20C,。若置风机于管道出口端，试求风机的全 风压。提