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2Pgzr2C（常量）取圆柱坐标如图，当Z=0,r=0,P=Po,vC=F?故回旋液体种，一般式为Pgz-rr2Po液面为p=p的等压面22gzr20,Z却2,为旋转抛物面22HR22gr drP2r4g又RhoZ2rdrnn即：h°=4gH=2h某一点(r,Z)的压强P:22PPogh5-rPo22g2)直径0.2m、高0.4m的空心圆桶内盛

2、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Pgzr2C2取圆柱坐标如图，当Z=O,r=O,P=P,二C=P2故回旋液体种，一般式为pgzr2Po2B点:Z=0,r=R=0.1 m, Pb Po2R2 遁（型 2 K Of2 603.51 104 Pa点:Z=-0.4m,r=O1m,10009.81（0.4）1000（-8002）20.123.90104Pa2260PcPogZr223）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

3、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©57X3.5mm管长共45m（包括局部阻力的当量管长），碱液密，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 ghIk 1)UyJ/Kg1036001.41 m/s(0.050)24CC 1 onnRe4,23 10d 0-2504 1。3,查得 0.031二 Ws 9.81 10.5 045 9 - 81 1°41200(0.03451 必 168.5J/Kg0.050210Ne%Ws融12。16855617W4）在离心泵性能测定试验中，以2泵汲入口处真空度为

4、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，压差计读已知泵的进、，测得轴功率为L92kW,出口截面间的垂直高度差为0.2m。求泵的效率nHe(Z2Zi）虫上4“2 9 81 10 220 133n u./ i 1000 9.8115.2mAC2( R zn noc c o 2(13 6 1)9 814&c07)g -(0.035)2 0.63 ' -，48.79 10 3m3/sNe VpgHe8.79 103103 9.81 15.21.31 103W5）IS65-40-200型离心泵在“扬程流量”数据如下：Vm3/h7.512.515H

5、em13.212.511.8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 法求工作点流量。试用作图解管路特性曲线：HeHo82”；24.0亡口。.。2805Vs2gd9.810.040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，贝I15V22He4.01.2910()4.00.0995V36004.0 1.29 106Vs时的“HeV”计算数据结果列于下表：Vm3/h7.512.515Hem9.60r19.526.4Fi_m13.212.511.8由作图法

6、得，工作点流量V=9.17m/h，式中f为扬程，mV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：He13.678.30103V2解管路特性曲线：He4.00.0995V2令HeHe,解得V9.47m3/h7）某离心泵在时的“扬程一流量”关系可用表示，式中H.为扬程，mV为流量，m/ho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15nVh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：He8.0.0.°25

7、°_5Vs8.08.07105Vs29.810.04058.00.0623V2,m（单位：Vsm3/s,Vm3/h）单泵：He13.678.30103V2He8.00.0623V2令HH解得V8.96m3/h二泵串联：He,串2（13.678.30103V227.341.66102V2He8.00.0623V2令He,串He,解得V串15.7m3/h二泵并联：He并13.678.30103（V并/2）213.672.075103V并2He8.00.0623V2令He,并氏，解得V并9.38m3/h可见，只有二泵串联可满足V15m3/h的要求。8）有两台相同的离心泵，单泵性能为,m式中

8、V的单位是m/s。当两泵并联操作，可将6.51/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：扬程外并459.2105(6.510二)35.3m管路特性方程:He13K(6.5103)2,He35.3mK5.28105串联：He,串2(459.2105Vs2)52He135.2810Vs令He,串He,解得Vs5.70103m3/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

9、：V/Vn/n,He/He(n/n)2可由原来的(i-e3V)数据一一对应算出新转速时的(HeV)数据，如下表所示:转速nVm3/h7.512.515-em13.212.511.8转速nVm3/h6.9I11.513.8>Hem11.17P10.589.99管路特性曲线:He=4.0+0.0995V2m,(Vm/h),(13.3,22.9)可作图法得(V,He“),数据如下：(6.9,8.74),(11.5,17.16)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:俩式中HLHe,m,Vm/h)o问:要求流量12m/h,

10、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。0.653600解：He=36-0.02V2He=12+0.06V2He=H,解得V=17.3m/h适用当V=12mhH=360.0212=33.12m,He；12+0.06V=12+0.06122=20.64mzHeVg1210009.81(331220.64)ova/N627.8W11)用离心泵输水。在门=2900也用口时的特性为16=360.02V,阀全开时管路特性为He=12+0.06V2(两式中HeHe-m,Vm3/h)。试求：泵的最大输水量；要求输水量为最大输水量的85%,且

11、采用调速方法，泵的转速为多少？解：He=360.02V2He=12+0.06ATH5=H5,解得V=17.3m/h(2)V=0.85V=14.7m3/h,令调速后转速为nr7minH=()2HV=V29002900泵：(29002/n2)H=360.02(29002/n2)V-,22,2H=36n/(2900)0.02V当V=14.7m/h则H=(n2/29002)36o.O214.72He=12+0.06V=12+0.0614.72=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当阀全开时，管长与各局部阻力当量长度之

12、和为1000m摩擦系数0.031o泵的性能可用He=131.80.384V表示(He-m,V-m3/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YH+KV=z+8(l+le)/(2gd5)Vs2=55+2.601104Vs2=55+0.00201Z=55+80.0311000/(29.810.158)Vs2由He=131.80.384VHe=55+0.00201八得V=122.2m3/h110m3/h适用1211(2)H=(D/D)HV=(D/D)V2切削叶轮

13、后：(D/D)H=131.80.384(D/D)V即H=(D/D)2131.80.384(D/D)VV=110m/h时，22H=(D/D)131.80.384(D/D)V=(D/D)131.80.384(D/D)110=131.8(D/D)242.24(D/D)He=55+0.00201V=55+0.00201110=79.32m,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=427.810V(He-m,V-m3/s)o图示的p为1kgf/cm2(表)。流量为12L/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

14、、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=9.807104PaV=12L/s=0.012m3/s管路He=H+KV=10+(9.80710)/(9.8071000)+KV2=20+K0.012242r4He=427.8100.012=30.77m/H=HK=7.4810改输碱液阀门开度、管路不变K=7.48104不变管路：He=z+p/(g)+KV=10+9.81104/(9.811200)+7.48104V2=18.33+7.48104V泵He=427.810VTFe=H,解得:V=0.0124m/sHe=427.8104V2=427.81040

15、.01242=30.0m2=HegV=30.09.810.01241200=4.38103W14)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=360.02V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HeHemVn/h)。求泵的最大输水量。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：由H=360.02VHe=12+0.05A令1八=14解得V=21.71M/h(2)D7D=0.95V=0.85V=0.8521.71=18.45m3

16、/h另一泵：H=360.9520.020.95V=32.490.019V调整转速后：He=32.49(n/2900)20.019(n/2900)V2=32.49(n/2900)0.019(n/2900)18.452=32.49(n/2900)0.351(n/2900)又He=12+0.05八=12+0.0518.452=29.02m,由HeH解得n=2756r/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=480.01V2(Hem,VmVh)o在泵出口阀全开时测得流量为30riVho现拟改输碱液，其密度为1200kg/m3,管线、高位

17、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=2.94104Pa管路He=z+p/(g)+K*=20+2.94104/(9.811000)+kV=23+kV322V=30m/h时14=480.01V=480.0130=39mHe =23+kV=23+K 3。2 由于 HAH K=0.0178管路耳=23+0.0178八'22222泵：He=48(D/D)0.01V=480.950.01V=43.320.01V改泵后管路：He=z+p/(g)+KV=20+2.94104/(9.811200)+0.

18、018V22=22.5+0.018VHe=43.320.01V2He=22.5+0.018V2得V=27.3m3/h16)IS100-80-160型离心P=8.6mHO,水温15。6将水由低位槽汲入泵，有管泵，丫=60小,查的/h,允=3.5m,已知汲入管阻力为路情况基本的性能，知2.3m,H2。,求最大安嚷潟度p=9999kg./m3,Pv=1705.16PaH h5f,0 1允g2.3 3.52.63mHP。g,maxg1705.168.69999.8117)100KY100-250型离心泵，P0=8.6mHO,水温15G将水由低位槽汲入泵，已知工作点流量为100nVh,查得H=5.4m,

19、汲水管内径为100mm汲水管阻力为5.4mH2QAAH,maxPoP/解：Hs允Hs100.24gg5.410.330.248.61705.16/(9999.81)3.97m100/3600_,u23.54m/s2(0.10)HHU3542g,maxs,允一H2397币5.42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2X104Ri/h（按外界大气条件计）。该容器内静压强为LOX104pa（表压）。库存一台9-26型No.8离心式风机，2900

20、rpm,当流量为21982m3/h,Ht1565mm2O,其出风口截面为0.392X2 _0.256m。-:该风机能否适用?解：大气：t1OGFo 750mmHg(绝),750 133.3 29风量：V2104m3/h(按 0 计)，W2p213o 104 Pa(表)1.10 105Pa (绝)，计算8314 283104 1.23 2.461.77 10 5 Pa31.23Kg /m104 Kg/hR:(按10等温过程计算)G 2.46 104/3600 (/4) 0.82RedG/0.80 13.59/(1.77/d 0.3/800计算式：G2LnEP13.592Lni.io3.75 10

21、 4 查得P22 P2P22P2V2(1.10 105)213.59Kg /(s, m)“5)6.14 105100.0168IG20(P2V2 RT/H) 2dR20.016802 0.80经试差，得R要求的Ht （RP2) G2/(20)(1.103105 750 133.3)2.46 1 04/(3600 0.392 0.256)22 1.231.221 104Pa折合到标准状态（1245mmH2O1.20Kg/m3)V 2 104m3/h, Ht,标 1245 1.20/1.23库存离心式风机,n 2900心m,当V 1565mmH2。适用。1214mmH2O3，210892m3/h,H标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/ho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。提示：1,风管两端压力变化