化工原理(第四版)习题解--第二章--流体输送机械

1、第二章流体输送机械离心泵特性【2-1】某离心泵用15c的水进行性能实验，水的体积流量为540m 3/h,泵出口压力表读数为350kPa ,泵入口真空表读数为30kPa。若压力表与真空表测压截面间的垂直距离为350mm ,吸入管与压出管内径分别为350mm 及310 mm，试求泵的扬程。解 水在 15 c 时 995.7kg/m3,流量 qV 540m3/h压力表pM 350kPa,真空表pV30kPa （表压）压力表与真空表测压点垂直距离h0 0.35m管径 d1 0.35m, d2 0.31m流速工 540/3600 1.56m/sW 7 (0.35)222d10.35u2 u1 1.56

2、1.99m/sd20.31扬程22PmPvU2U1H he Pg2g0.35350 103 ( 30 103)995.7 9.81(1.99)2 (1.56)22 9.810.35 38.9 0.078 39.3m 水柱【2-2】原来用于输送水的离心泵现改为输送密度为1400kg/m 3的水溶液，其他性质可视为与水相同。若管路状况不变，泵前后两个开口容器的液面间的高度不变，试说明：（1）泵的压头（扬程）有无变化； （2）若在泵出口装一压力表，其读数有无变化；（3）泵的轴功率有无变化。解（1）液体密度增大，离心泵的压头（扬程）不变。（见教材）（2）液体密度增大，则出口压力表读数将增大。（3）液体

3、密度 增大，则轴功率 P 生型将增大。【2-3】某台离心泵在转速为1450r/min时，水的流量为 18m 3/h,扬程为20m（H 2O）。试求：（1）泵的有效功率，水的密度为1000kg/m 3; （2）若将泵的转速调节到1250r/min 时，泵的流量与扬程将变为多少？解 (1)已知 qv 18m3/h,H 20m 水柱， 1000kg/m318有效功率Pe qV gH 1000 9.81 20 981We3600精选（2）转速ni 1450r/min 时流量 qVi 18m)h,扬程 H20m HO 柱转速n2 1250r/min流量“2n212503 ,qVi1815.5m / hn

4、11450扬程22H2 H1 叱 20125014.9m H2。柱n11450管路特性曲线、工作点、等效率方程【2-4】用离心泵将水由敞口低位槽送往密闭高位槽，高位槽中的气相表压为98.1kPa,两槽液位相差4m且维持恒定。已知输送管路为45mme 2.5mm,在泵出口阀门全开的情况下，整个输送系统的总长为 20m （包括所有局部阻力的当量长度），设流动进入阻力平方区，摩擦系数为0.02。在输送范围内该离心泵的特性方程为H 28 6 105q2 （ qV的单位为 m/s, H的单位为m）。水的密度可取为1000kg/m3。试求：（1）离心泵的工作点；（2）若在阀门开度及管路其他条件不变的情况下

5、，而改为输送密度为1200 kg/m3的碱液，则离心泵的工作点有何变化?其中解 （1）管路特性方程2H H ° kqVH。k,3、 川，98.1 10_Az 4=14g 109.81正0 02 82L25.2_52g d53.142 9.81 0.0453.23 105故管路特性方程H 14 3.23 105qv2离心泵特性方程H 28 6 105qV2两式联立525228 6 10 qv 14 3.23 10 q得工作点下的流量与压头33qv 3.89 10 m / s , H 18.92m（2）当改送密度为1200 kg/m 3的碱液时，泵特性方程不变，此时管路特性方程A3口 a

6、 3，98.1 10H0Az4 12.3g 1200 9.81流动进入阻力平方区，且阀门开度不变，则 k不变。因此管路特性方程变为一一52H 12.3 3.23 10 qv将该方程与泵特性方程联立525228 6 10 qv 12.3 3.23 10 qv得新工作点下流量及压头'33qv 4.12 10 m /s , H 17.78m【2-5】在一化工生产车间，要求用离心泵将冷却水由贮水池经换热器送到另一敞口高位槽，如习题2-5附图所示。已知高位槽液面比贮水池液面高出10m ,管内径为75mm ,管路总长（包括局部阻力的当量长度在内）为流体流动处于阻力平方区，摩擦系数为0.03。流体流

7、经换热器的局部阻力系数为32。离心泵在转速n 2900r/min时的H qv特性曲线数据见400m。卜表。/31qv / m s00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008H / m2625.524.5232118.515.5128.5习题2-5a附图试求：（1）管路特性方程；（2）工作点的流量与扬程；（3）若采用改变转速的方法，使第(2)问求得的工作点流量调节到333.5 10 m/s,应将转速倜节到多少？（参看例2-3)。已知 d 0.075m,|le400m,0.03,32管路特性方程H 0 kqV(2)H0 Z10 0 10mH2。le5d3 4y

8、-80 039 81.H 10 5.02 105工作点的流量与扬程管路特性曲线的qv与4003254(0.075)(0.075)5 02 1052qvH计算值如下31qv / m s0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008H /m1010.51214.51822.62834.642.1工作点流量qvA_3 . 一0.0045 m / s ,扬程Ha 19.8m H2O3qVC0.0035 m / s泵的转速应由2900r/min调节到多少?将qvc0.0035 m3 / s代入管路特性方程，求得等效率方程KqVHe 10 5.02105 (0.0035)

9、2 16.1H2O系数 KHe-2CVe16.1(0.0035)21.31 106得等效率方程H 1.31106 2 qV等效率方程的计算值如下31qv/ ms 00.0010.0020.0030.0040.0045H /m1.315.2411.82126.5从 n 2900r / min的泵特性曲线与等效率曲线的交点D,得到21 m H2OD习题2-5b附图3qVD0.004 m / s, H流量为qVc 0.0035m3/s时的转速为qvcnc 册一 qVD0 00352900 .2538r/min0.004nD ncnD1002900 2538 100 12.5%2900转速变化小于 2

10、0% ,效率基本不变。习题2-7附图习题2-6附图(1) 20 C的水，饱和蒸气压Pv 23.38kPa ,密度3998.2kg / m离心泵的并联及串联【2-6】若习题2-5第2问改为两台泵并联操作，管 路特性曲线不变，试求泵工作点的流量与扬程。解习题2-6附图中点 A为工作点流量 qV 0.0053m3/s,扬程 H 23.7m 水柱【2-7】若习题 2-4第2问改为两台泵串联操作，管路特性曲线不变，试求工作点的流 量与扬程。解 习题2-7附图中点 A为工作点，流量 qV 0.0061 m3/s,扬程 H 30.02m 水柱离心泵的安装高度【2-8】用型号为IS65 50 125的离心泵，

11、将敞口水槽中的水送出，吸入管路的压头损 失为4m ,当地环境大气的绝对压力为98kPa。试求：(1)水温20 c时泵的安装高度，(2)水温80 c时泵的安装高度。解已知环境大气压力p0 98kPa (绝压)吸入管 Hf 4m(H2O),查得泵的汽蚀余量由=2m最大允许安装高度为PoPvH g允许gHf(98 23.38) 103998 2 9 81 2 4 1.62m输送20 c水时，泵的安装高度Hg 1.62mg3(2) 80 C的水，饱和蒸气压Pv 47.38kPa ,密度 971.8kg / m最大允许安装高度为p0pVH g允许 hHf_3(98 47 38) 10(. )2 40 6

12、9m971 8 9 81 输送80c水时，泵的安装高度Hg 0.69m【2-9】 用离心泵将密闭容器中的有机液体送出，容器内液面上方的绝压为85kPa。在操作温度下液体的密度为850kg/m3,饱和蒸汽压为72.12kPa。吸入管路的压头损失为1.5m,所选泵的允许汽蚀余量为 3.0m。现拟将泵安装在液面以下2.5m处，问该泵能否正常操作?解泵的最大允许安装高度P0PvH g允许g(85 72.12) 103850 9 812.96m而实际安装高度Hg实=2.5m Hg允，说明此泵安装不当，泵不能正常操作，会发生汽蚀现象。为保证泵的正常操作，泵应至少安装在液面下方3.5m或更低。【2-10】用

13、离心泵输送 80 c热水，今提出如下两种方案(见习题方案的管路长度(包括局部阻力的当量长度)相同，离心泵的汽蚀余量种流程方案是否能完成输送任务？为什么？环境大气压力为101.33kPa。2-10附图)。若两h 2m °试问这两习题2-10附图解 水在 80 c时饱和蒸气压pV 47.38kPa,密度971.8 kg/m3,汽蚀余量h 2m,大气压力 Po 101.33kPa最大允许安装高度为Hgyhg(101.3347.38) 103971 8 9 81Hf 3.66 Hf第(2)方案的安装高度Hg 7m,大于Hg允许，不能完成输送任务。第(1)方案的安装高度 Hg 1m若 1 3.

14、66 Hf.则 H f 4.66m水柱时可以用。离心泵的选用20m ,管路长度(包-=0.001。要求输水量为 d【2-11】用离心泵从江中取水送入贮水池内，池中水面高出江面括局部阻力的当量长度)为 45m。水温为20C,管壁相对粗糙度 2025m3 /h。 (1)试选择适当管径；(2)试选择一台离心泵。解 20c水的 998.2kg /m3,1.004 10 3Pa sl le 45m, - =0.001 d最大流量qV 25m3/ h(1)管径d从教材表1-3中选管路中水的流速u 2.5 m/ sCVdu 4I25/3600 0.0595m 59.5mm2.542.653.71kW,汽蚀余

15、量h 22.5m。精选选公称直径 65mm的低压流体输送用焊接钢管管径为 75.5mm3.75mm,内径 d 75.5 3.75 2 68mm最后计算流速qVd2425/36001.91m / s此流速在表 1-4中的-(0.068)21.53.0m/s范围内(2)选离心泵扬程2gHf查得0.0218Hf扬程202.68有效功率PeqVgH设泵的效率=0.65Redul le u2d 2g22.68253600轴功率 PPe_1.54,0.652.370 u2 0 ,Z 200.068 1.91 998.21.004 10 31.29 1054500218 0 068.© 2.68

16、m998.2 9.81 22.68 1540WkW9 811.54 kW选用离心泵 IS65 50 160其流量范围为1530m3 / h ,扬程范围为3530m ,转速为2900r / min ,轴功率为【2-12】有一台离心泵的额定流量为16.8m 3/h,扬程为18m。试问此泵是否能将密度为1060kg/m 3,流量为250L/min的液体，从敞口贮槽向上输送到表压为30kPa的设备中?敞口贮槽与高位设备的液位垂直距离为(包括直管长度与所有管件的当量长度)8.5m。管路的管径为 75.5mm 3.75mm ,管长为124m ,摩擦系数为0.03。2503解 流量 qV 250L / mi

17、n 60 15m /h1000流速 u压头 HqV15 /36001.15m/ s24d2(0.068)2P l le Ug d 2g8.530 1031060 9.811240.03 0.068(1.15)22 9.8115.1m液柱精选流量与压头都略小于额定值，该泵可以用。往复泵【2-13】有一台双动往复泵，其活塞的行程为300mm ,活塞直径为180mm ,活塞杆直径为50mm。若活塞每分钟往复55次，其理论流量为若干？又实验测得此泵在26.5min内能使一直径为3m的圆形贮槽的水位上升2.6m ,试求泵的容积效率(即实际流量/理论流量)：2解 活塞行程 S 300mm 03m ,活塞直

18、径 D 0.18m,活塞截面积 A D2 0.1844活塞杆直径 d 0.05m,活塞杆截面积a d2 (005)244活塞往复频率 n 55 1/min理论流量qV理(2A a)Sn (2 0182 0052) 03 55 0.807m3/min44实际流量qV实-32 2.610693m3/min426.5容积效率qV实 /qV理 0.693/0.807 0.859气体输送机械【2-14】有一台离心式通风机进行性能实验，测得的数据如下：空气温度为20 C,风机出口的表压为230Pa ,入口的真空度为150Pa,送风量为 3900m3/h。吸入管与排出管的内径分别为 300mm 及250mm

19、 ,风机转速为 1450r/min ,所需轴功率为0.81kW。试求风机的全风压、静风压及全风压效率。解 已知风量qV 3900m3/h,吸入管内径 d1 0.3m,排出管内径 d2 0.25m吸入管风速U1qV4d123900 /3600 15.3m / s7 (0.3)2排出管风速U2 Uidi15.30.3d20.2522m / s3t 20C, p 101.325kPa 下，空气密度=1.205 kg/m22Ui1.205 (15.3)进口动压pd1 - 11 141Pa22出 口动压Pd2-u1 1.205 (22)292Pa222进口静压Ps1 150Pa,出口静压 Ps2 230Pa全风压Pt (Ps2 Pd2)(Ps1 Fd1)230 292150 140532Pa静风压Pst Pt Pd2 532 292 240Pa已知轴功率P 0.81kW 810W有效功率PePtqv3600532 39003600576W全风压效率Pe 576P 8100.711【2-15】仓库里有一台离心式通风机，其铭牌上的流量为1.27 103m3/h,全风压为 1.569kPa。现想用它输送密度为1.0kg/m3的气体，气体流量为1.27 103