第二章化工原理习题

1、1. 如图2-1用离心泵将20的水由敞口水池送到一压力为2.5atm的塔内，管径为108×4mm管路全长100m(包括局部阻力的当量长度，管的进、出口当量长度也包括在内)。已知： 水的流量为56.5m3·h-1，水的粘度为10-3 Pa·S，密度为1000kg·m-3，管路摩擦系数可取为0.024，计算并回答： (1)水在管内流动时的流动形态；(2) 管路所需要的压头和功率；解：已知：d = 108-2×4 = 100mm = 0.1mA=(/4)d2 = 3.14×(1/4)×0.12 = 0.785×10-2

2、ml+le =100m qv = 56.5m3/h u = q/A = 56.5/(3600×0.785×10-2) = 2m/s = 1cp = 10-3 Pa·S =1000 kg.m-3, = 0.024 Re = du/=0.1×2×1000/10-3 = 2×105 > 4000 水在管内流动呈湍流 以1-1面为水平基准面,在1-1与2-2面间列柏努利方程： Z1 +(u12/2g)+(p1/g)+H=Z2+(u22/2g)+(p2/g)+HfZ1=0, u1=0, p = 0 (表压), Z2=18m, u2=0 p

3、2/g=2.5×9.81×104/(1000×9.81)=25m Hf =(l+le )/d(u2/2g) =0.024×(100/0.1)×22/(2×9.81) = 4.9mH = 18+25+4.9 = 47.9m Ne = Hqvg = 47.9×1000×9.81×56.5/3600 = 7.4kw2. 采用IS80-65-125水泵从一敞口水槽输送60热水。最后槽内液面将降到泵人口以下2.4m。已知该泵在额定流量60m3/h下的(NPSH)r为3.98m，60水的饱和蒸汽压Pv为19.92kp

4、a、为983.2kg/m3，泵吸入管路的阻力损失为3.0m，问该泵能否正常工作。解：该泵不能正常工作。说明安装高度偏高。3. 用泵将苯和甲苯的混合物送到精馏塔，精馏塔操作压强为0.5at，原料槽压强为0.1at。管路总长为20（包括全部局部阻力的当量长度），管路直径为50mm，摩擦系数为0.02。密度为800kg3。离心泵的特性曲线可表示为e201.12×105V 2，式中V以3/s表示。试求原料输送量及泵的理论或有效功率为多少？答：管路特性曲线: He=8+(0.5-0.1)×9.81×104/(800×9.81) +8×0.02×

5、20×V 2/(2×9.81×0.055) =13+1.06×105V 2=20-1.12×105V 2 V=5.67×10-3m3/s He=20-1.12×105(5.67×10-3)2=16.4m Ne=HeVg=16.4×5.67×10-3×800×9.81=729.8 w4以某离心泵自敞口水槽输水至塔内。升扬高度10m，泵的特性:He=40-7.2×04V2(He-m , V-m3/s)。塔内的p为1at (表).流量为11 L/s.若用此泵改输=860k

6、g/m3的油品,阀开启度、管路、液位差及P值不变,问:油品流量及离心泵的有效功率为多少? 答：(1)输水:V = 11L/s时,He = 40-7.2×104×(11/1000)2 = 31.3 m管路特性:He= (z2-z1)+(p2-p1)/(g)+KV 2,又 He= He 即 31.3=10+10+K(11/1000)2 K = 9.34×104 m/(m3/s)2 (2)输油品:泵的特性:He = 40-7.2×104V 2管路特性:He= 10+10/0.86+9.34×104V 2 由He = He 解得 V = 0.0105

7、m3/s 则 He = 40-7.2×104×0.01052 = 32.1m Ne = HeVrg = 32.1×0.0105×860×9.81 = 2.84×103W5.用离心泵输水在n = 2900 r/min时的特性为He = 300.01V 2，阀全开时管路特性为 He= 100.04V 2 (二式中He、He-m , V-m3/h)。试求：(1)泵的最大输水量。(2)要求输水量为最大输水量的75%，且采用调速方法，泵的转速为多少？答：(1) 泵：He = 300.01V 2 管路：He=10+0.04V 2 He = He，

8、解得 V= 20m3/h (2) V =0.75 V=15 m3/h 离心泵的比例定律为：V / V=n/2900，He/He=(n/2900)2 令调速后转速为n r/min He=()2He V= 泵: (29002/n2) He=30-0.01´(29002/n2)V2 又因为管路曲线不变，又知流量可以求出压头：He= 10 + 0.04V 2 = 10 + 0.04×152=19 m He = He 变速后的泵的特性方程中压头、流量已知，只有n为未知数。即可求得：调速后的转速为2441 r/min。 6.有两台型号相同的离心泵，单泵性能：He=428.7×

9、105V2 (He-m，V-m3/s)。当此二泵串联操作，可将5.53L/s的水由低位槽输至高位槽。两槽皆敞口，两槽水位高度差12.5m。输水管终端浸没于水槽水中。问：若此二泵改为并联，水流量为多少？答：(1) 二泵串联： 泵：He = 2(42-8.7×105V 2) = 84-17.4×105×0.005532= 30.79m 管路：He= H0+KV 2 = 12.5+K×0.005532= 30.79m K = 5.98×105 m/(m3/s)2(2)二泵并联： 泵：He = 42-8.7×105(V/2)2 管路：He=

10、12.5+5.98×105V2 He = He 解得V = 6.01×10-3 m3/s = 6.01L/s7.用离心泵向水洗塔送水,在泵出口阀全开时,管路特性曲线方程为: H =20+1.1×105V 2 式中:V -管路中的流量,m3/s在V=0.013m3/s流量下,泵提供的扬程为45m。为适应泵的特性,将泵出口阀关小以增加管路阻力。试求:因增加阻力而多消耗的功率,并写出关小阀门后管路的特性曲线方程。答： H=20+1.1×105V2=20+1.1×105×0.0132=38.59m H=He-H=45-38.59=6.41m

11、增加局部阻力多消耗的功率为: Ne=VgH=0.013×1000×9.81×6.41=817.5w 关小阀门后管路特性曲线方程为: 5分 H =20+k V 2 45=20+k ×(0.013)2解 k =1.479×105 H =20+1.479×105V 2 V -m3/s8、用20清水测定某台离心泵性能时，在转速为2900r/min下，得到的试验数据为：流量12.5L/s，泵出口处压强表读数为255Kpa，泵入口处真空表读数为26.66Kpa，两测压点的垂直距离为0.5m，功率表测得电机所耗功率为6.2Kw，泵由电机直接带动，传

12、动效率可视为1，电机效率为0.93，泵的吸入管路与排出管路的管径相同。求：(1)该泵的效率；（2）列出泵在该效率下的性能。答案与评分标准（1）求 解：求泵的压头H。 以真空表和压强表所在的截面为1-1和2-2，列出以1N为衡算基准的柏努力方程式：（2分） （2分）确定各量：z2z10.5m，u1=u2，p1=-26.66Kpa（表压），p2=255Kpa（表压），因两测压口距离短，故Hf1-20。（1分） 各量代入后可求出：H0.5+029.21m （2分）求泵的轴功率N：已知N电机6.2Kw，电机0.93，传1N轴 （1分）求泵的效率：（2分）（2）列出该泵的主要性能：n2900r/min，

13、Q12.5L/s，H29.21m，N5.77Kw，62.1。 （1分）9、某离心泵性能实验中，当泵入口处真空表读数为56KPa时，恰好出现气蚀现象，求在操作条件下的气蚀余量NPSH和允许吸上真空度Hs。当地大气压为100KPa，20时水的饱和蒸气压为2.238KPa。动压头可忽略。答案与评分标准解：（1）求气蚀余量NPSH可根据定义式：（2分）其中，p11005644KPa （2分）题给：，动压头可略，则 （1分）则： （1分）（2）求允许吸上真空度Hs。 （2分）10、某车间用3B33型离心泵将敞口贮槽中的水送至它处，槽内水位恒定，输送量为4555m3/h，在最大流量下吸入管路的压头损失为1

14、m，液体在吸入管路中的动压头可略。泵安装地区的大气压为9.81×104Pa。3B33型离心泵的部分性能数据如下表。求：（1）输送20清水时泵的安装高度。（2）若改为输送65清水时，泵的安装高度。流量Q（m3/h）压头H（m）转速n（r/min）Hs（m）30455535.632.628.829007.05.03.0答案与评分标准解：（1）输送20清水时，泵的安装高度可由下式计算： （2分），题给：且由泵的性能看出Q升高、Hs下降，应以最大输送量55m3/h所对应的Hs值（3m）来确定泵的安装高度。且本题中输送条件与泵出厂时实验条件相符，故（2分）代入上式可得：。泵的实际安装高度还应比

15、2m低（0.51m）。（2）输送65水：应按此式校正：（2分）。有关量的确定：，查附录65水的，密度，（2分）代入上式得： （1分）而，实际安装高度还应比-0.295m低（0.51m）。Hg为负值，表示泵应安装在液面下。11、如图所示，某车间要将地面敞口贮槽内密度为1120Kg/m3的溶液送至高位槽内，槽内表压强为3.92×104Pa，需要的送液量为120 m3/h，输送管路为140×4.5mm的钢管，其计算总长度为140m（包括直管长度和所有局部阻力的当量长度），两液面高度差z11m，摩擦系数为0.03。试问能否送用n2900r/min、Q132m3/h、H30m的离心水

16、泵？答案与评分标准解：（1）必须计算出输送系统所需的流量、压头与离心泵的Q、H进行比较后才能确定能否选用该泵。在图（2分）中1-1与2-2间列 式：（2分）（2）各量确定：z11m，u0，(表压) （2分） （2分）（3） 求He。把以上各值代入，可得： （1分）（4） 确定能否选用。 输送系统所需的流量Qe120 m3/h，压头He24.54m，而离心泵能提供的流量Q132 m3/h>Qe，提供的压头30m>He；且溶液的性质与水相近，故能选用该水泵。（3分）12、离心泵在一定输送流量范围和转速下，压头和流量间关系可表示为H252.0Q2（式中H单位为m，Q单位为m3/min）。

17、若将该泵安装在特定管路内，该管路特性方程可表示为。（式中H单位为m，Qe为m3/min）。试求：（1）输送常温下清水时，该泵的流量、压头和轴功率。 （2）输送密度为1200Kg/m3的水溶液时，该泵的流量、压头和轴功率。假设该泵的效率为60。答案与评分标准解：根据离心泵的工作点定义可得：， （1分）（1） 求输送常温下清水时，该泵的性能。由可得：，即，解出Q1.138m3/min=68.3m3/h=0.019m3/s。（2分） （2分） （2分）（2）求输送密度为1200Kg/m3的水溶液时，该泵的性能。当输送液体的密度改变时，泵的流量和压头不变。故：， （2分）而轴功率发生变化，13、用离心

18、泵将敞口水池内的水送到常压高位槽，两槽液面位差为8m，液面保持恒定。特定管路的压头损失可表示为（Qe的单位是m3/s）。在特定转速下泵的特性方程为（Q的单位为m3/s）。求该条件下水的流量为多少m3/h。答案与评分标准解：（1）据离心泵工作点的定义可得：QQe，HHe。（1分）（2） （2分）（3）HHe可得：，即可解出： （3分）14、在某特定管路系统中，用离心泵输送清水。当泵的出口阀全开时，管路特性方程为（Qe单位是m3/s）。现关小阀门调节流量，当泵的流量为0.012m3/s时，对应的压头为44m。试求：（1）关小阀门后的管路特性方程。（2）关小阀门造成压头损失占泵提供压头的百分数。答案

19、与评分标准解：（1）求关小阀门后的管路特性方程。本题中，K不发生变化，而B值因关小阀门而变大。关小阀门后离心泵特性不变。（1分），K、Q、H值代入管路特性方程，可得：，即可解出 （2分），故关小阀门后管路特性方程为： （1分）（2） 流量为0.012m3/s时，原管路所要求的压头为： （2分）故关小阀门多耗的压头为： （1分）关小阀门造成的压头损失占泵提供压头的百分数为：15、某造纸厂抄纸车间一台扬克式纸机，原生产邮封纸，所配置得白水泵（离心水泵）其流量为Q20m3/h，扬程H为31m，轴功率N为2.6Kw，配套电机4.5Kw。现因市场变化，该纸机转产卫生纸，白水泵流量比原来下降10，扬程下降

20、20。若不更换泵，而将原白水泵叶轮外径切割5，其它尺寸不变，改用3Kw电机拖动。问此方案是否可行？答案与评分标准解：据离心泵得切割定律，可算出叶轮外径切割5后，泵的Q、H和N：（1）由得： （1.5分）（2）由得：（1.5分）（3）由得： （1.5分）又因N2.6Kw，则 （1分）取安全系数为1.2倍来配套电机，则所需配套电机功率为 （1.5分）（4）由计算结果知，原水泵叶轮外径切割5后，流量、扬程、所配电机功率都适用，故此方案可行。（1分）16、一常压贮槽，内盛有粘度不大的油品，今拟用一离心油泵将其以15m3/h的流量送往表压为150KPa的高位槽内。输送管路为的钢管，在输送条件下，该油品的

21、密度为760Kg/m3，饱和蒸气压为79.8KPa。升扬高度为5m，吸入管路和排出管路的压头损失分别为1m和4m。求：（1）选择一台合适的离心泵油泵。（2）确定该泵的安装高度。答案与评分标准解：（1）选离心油泵 题给：Qe=15m3/h，而 （3分） 据Qe15m3/h，He30.12m查上册教材附录24 （P303）选65Y60B型离心油泵合适。其性能为：流量19.8m3/h，扬程38m，转速2950r/min，轴功率3.75Kw，电动机功率5.5Kw，效率55，气蚀余量2.6m。（3分）（2）确定安装高度该油泵的气蚀余量，则有： （3分）为安全起见，该泵的实际安装高度应比（-0.712m）

22、要低0.51m。（1分）17、用离心泵从敞口贮槽向表压为9.81×104Pa的密闭高位槽输送清水，两槽液面恒定，其间垂直距离为15m。管径为 ，管长（包括流动系统所有局部阻力的当量长度）为120m，流动在阻力平方区，摩擦系数为0.015，流量为40m3/h.。求：（1）管路的特性方程式；（2）泵的升扬高度与管路所需的压头。答案与评分标准解：（1）管路特性方程： 水的密度取1000Kg/m3。 （1.5分） （3分） 可得管路特性方程为：（Qe单位为m3/s） （2）求泵的升扬高度与所需的压头： 泵的升扬高度即为两液面位差： （1分） 管路所需得压头He：代入Qe40m3/h，可得：

23、（1.5分）18、某单动往复压缩机压缩绝热指数为1.4的气体，吸入压强为101.33KPa，体积为500m3，初温为10；压出气体压强为380KPa。压缩机得实际排气量为10 m3/min，假设气缸的余隙系数为5，求（1）压缩后气体的稳定T2和体积V2。（2）压缩机的容积系数0和理论功率Nd（此过程假设为绝热压缩）答案与评分标准解：（1）求T2和V2对于绝热压缩过程： （2分）求V2可用理想气体状态方程式：所以 （3分）（2）求0和Nd （2分）求Nd压缩机绝热压缩得理论功率（3分）填空或选择题1、离心泵的主要性能参数有（1） 、（2） 、（3） 、（4） 、（5） 等。答案与评分标准（1）流

24、量 （2）压头 （3）轴功率 （4）效率离心泵安装在一定管路上，其工作点是指-答案与评分标准泵的特性曲线和管路特性曲线的交点。（2分）离心泵的压头（又称扬程）是指 ，它的单位是 。答案与评分标准泵对单位重量（1N）液体所提供的有效能量（3分） m （1分）若被输送的粘度大于常温下清水的粘度时，则离心泵的压头 、流量 、效率 、轴功率 。 答案与评分标准减小，减小，下降，增大 （每个1分，共4分）离心泵将低位敞口水池的水送到高位敞口水槽中，若改送密度为1200Kg/m3,而其他性质与水相同的液体，则泵的流量 、压头 、轴功率 。答案与评分标准不变，不变，增大 （每空1分，共3分）管路特性曲线的形

25、状由 和 来确定，与离心泵的性能 。答案与评分标准管路布置，操作条件，无关 （每空1分，共3分）离心泵气蚀余量的定为 。答案与评分标准 （2分）当液体的密度改变时，离心泵的压头H和轴功率N的变化为（ ）A、H、N均不变 B、H不变，N改变C、H改变，N不变 D、H、N均改变答案与评分标准（B） （2分）下列两设备，均须安装旁路调节流量装置（ B ）A、离心泵与往复泵 B、往复泵与齿轮泵C、离心泵与旋涡泵 D、离心泵与齿轮泵离心泵的轴功率是（ ）A、在流量为零时最大 B、在压头最大时最大C、在流量为零时最小 D、在工作点处最小答案与评分标准（C） 离心泵的效率与流量Q的关系为（ ）A、 Q增大则增大 B、Q增大，先增