流体输配管网习题

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流体输配管网习题

《流体输配管网》习题集及部分参考答案

第一部分习题集

第1章

1-1何谓零速点（零点）？

1-2闭合差是指什么？给出燃气管网各环闭合差的确定方法

1-3什么是枝状管网与环状管网，普通的通风系统在什么条件下可以理解成环状管网？1-4补充完整例题[1-2]的水力计算表

1-5给出沿程均匀泄流管道阻力计算公式,当无转输流量时阻力损失是多少?1-6分析农村灶台或炕烟气滚动驱动力？1-7渠底坡度与分类

1-8明渠均匀流的条件与特性

1-9写出谢才公式和曼宁公式，并指出两个公式中各物理量的意义1-10水力最优断面是什么？

1-11无压圆管在何时具有最大流速和流量？

第2章（第8章水泵计算等部分习题入此）

2-1已知4—72—No6C型风机在转速为1250r/min时的实测参数如下表所列，求：各测点的全效率；

绘制性能曲线图；定出该风机的铭牌参数（即最高效率点的性能参数）；计算及图表均要求采用国际单位。

2-2根据题2-1中已知数据，试求4-72-11系列风机的无因次量，从而绘制该系列风机的无因次性能曲线。计算中定性叶轮直径D2=0.6m。

2-3得用上题得到的无因次性能曲线求4-72-11No5A型风机在n=2900r/min时的最正确效率点各参数什，并计算该机的比转数值。计算时D2=0.5m。

2-4某一单吸单级泵，流量Q=45m3/s，扬程H=33.5m，转速n=2900r/min,试求其比转数为多少？如该泵为双吸式，应以Q/2作为比转数中的流量计算，则其比转数应为多少，当该泵设计成八级泵，应以H/8作为比转数中的扬和计算值，则比转数为多少？

2-5某一单吸单级离心泵，Q=0.0375(m3/s)，H=14.65m，用电机由皮带拖动，测得n=1420r/min,N=3.3kW;后因改为电机直接联动，n增大为1450r/min，试求此时泵的工作参数为多少？2-6在n=2000的条件下实测一离心泵的结果为Q=0.17m/s,H=104m,N=184kW.如有一几何相像的水泵，其叶轮比上述泵的叶轮大一倍，在1500r/min之下运行，试求在一致的工况点的流量，扬程及效率各为多少?

2-7有一转速为1480r/min的水泵，理论流量Q=0.0833m/s，叶轮外径D=360mm，叶轮出中有效面积A=0.023㎡，叶片出口安装角β=30，试做出口速度三角形。假设流体进入叶片前没有预旋运

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动，即Vu=0,试计算此泵的理论压头Ht∞.设涡流修正系数k=0.77，理论压HT这多少？

2-8有一台多级锅炉给水泵，要求满足扬程H=176m，流量Q=81.6m3/h，试求该泵所需的级数和轴功率各为多少？计算中不考虑涡流修正系数。其余已知条件如下：

叶轮个径D=254m水力效率ηh=92%容积效率ηv=90%机械效率ηm=95%转速n=1440r/min

液体出口绝对流速的切向分速为出口圆周速度的55﹪.

2-9为什么离心式泵与风机性能曲线中的Q-η曲线有一个最高效率点？

2-10影响泵或风机的性能的能量损失有哪几种？简单地探讨造成损失的原因。证明全效率等于各

分效率之乘积。2-11试简论述相像律与比转数的含义和用途，指出两者的区别。2-12无因次性能曲线何以能概括同一系列中，大小不同，工况各异的性能？应用无因次性能曲线

要注意哪些问题？2-13试简论不同叶型对风机性能的影响，并说明前向叶型的风机为何简单超载？2-14利用电机拖动的离心式泵或风机，常在零流量下启动，试说明其理由。2-15关闭节流设备使泵或风机常在零流量下运行，这时轴功率并不等于零，为什么？是否可以使

风机或泵长时期在零流量下工作？原因何在？2-16下表所列4-72-11型风机中的数据任选某一转速下三个工况点，再选另一个转速下三个工况

点，验证它们是否都落在同一无因次性能上。取T4-72-11No.5A型风机其参数如下：

2-17泵与风机所产生的理论扬程HT，与流体种类无关。这个结论应当如何理欧拉方程指出解？在工程实践中，泵在启动前必需预先想泵内充水，排除空气，否则水泵就打不上水来，这不与上述结论相矛盾吗？

2-18本书中，H代表扬程，P代表水头，而在工程实践中，风机样本上又常以H表示风机的压头，单位为Pa，此压头H与扬程H及压头P有何异同？2-19你能否说明相像律中和式

nQ

Qmnm有什么使用价值。

2-20计算泵或风机的轴功率时，我国常用以下公式：

N=

rQH

；N=

QHQp

；N=102

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其中，N的单位为kW，你呢感否说明每个公式中，r、Q、H及p都应采用什么单位。

2-21一系列的诸多泵或风机遵守相像律，那么，同一台泵或风机在同一转速下运转，其各个工况（即一条性能曲线上的大量点）当然等要遵守相像律。这些说法是否正确。2-22风机的实际使用条件（当地气压B、温度t）与样本规定条件不同时，应当用什么公式进行修正？如将样本提供的数据修正成实际使用工况，能否反其道而行之，将使用条件下的Q及p换算成样本条件下的Q0及p0？上述两种做法，哪种最正确？

2-23与风机的理论基础，都包括哪些内容？

2-24泵的扬程与泵出口总水头是否是一回事？两者何时相等，何时扬程大于出水总水头及何时小于、出水总水头。

2-25在实际工程中，是在许压迫的流量下计算出管路阻力，即已知Q和h，此时如何确定管路系统特征曲线。

2-26管路特性曲线与机器特性曲线相交点有何含义，与N-Q与η-Q曲线的焦点是何含意？机器功率N、效率η如何确定。

2-27两机并联运行时，其总流量Q为什么不能等于各机单独工作所提供的流量q1与q2之和。2-28两机联合运行时，其功率如何确定。

2-29试简述泵产生气蚀的原因和产生气蚀的具体条件。

2-30为什么要考虑水泵的安装高度？什么状况下，必需使泵装设在吸水池水面以下？2-31水泵性能曲线中的Q—[Hs]和Q-[⊿h]曲线都与泵的气蚀有关，试简述其区别。2-32已知以下数据，试求泵所需的扬程。

水泵轴线标高130m，吸水面标高170m，吸入管段阻力0.81m，压出管段阻力1.91m。2-33如下图的泵装轩从低水箱抽送容重γ980kgf/m的液体，已知条件如下：

x=0.1m,y=0.35m,z=0.1m,

M读数为124kPa,M读数为1024kPa,Q=0.025m/s,η=0.80.

试求此泵所需的轴功率为多少？

2-33题图

3(m/h)，吸入管径D=0.25m，水温为40度（容重2-34有一泵装置的已知条件如下：Q=0.12

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H992kgf/m3），s=5m，吸水面标高102m，水面为大气压，吸入管段阻力为0.79m。

试求：泵轴的标高最高为多少？如此泵装在昆明地区，海拔高度为，泵的安装位置标高应为多少？

设此泵输送水温不变，地区仍为海拔102m，但系一凝结水泵，制造厂提供的临界气蚀余量为1.9m，冷凝水箱内压强为9kPa，泵的安装位置有何限制？2-35某一离心式风机的Q-H性能曲线如下图。试在同一坐标图上作两台同型号的风机并联运行和串联运行的联合Q—H性能曲线。设想某管路性能曲线，对两种联合运行的工况进行比较，说明两种联合运行方式各适用于什么状况

2-35题图

2-36利用第十一章习题11-1的数据给出4-72-11号风机在的三条Q—H性能曲线（绘在同一坐标图上）。然后用圆滑曲线将三条曲线上的相像工况点连接起来，每一条曲线都是等效率曲线。可以看出等效率曲线是一簇交于原点的抛物线。将所得结果与风机通用性能曲线相比较，说明其异同，分析其原因。

3

Q24000m/h，H980.7Pa，试根据无因次性能曲线图2-37某工厂集中式空气调理装置要求

选用高效率KT4-86型离心式风机一台。

第3章

3-1明渠滚动称重力滚动自然管流亦可称重力滚动，这二种“重力〞滚动的驱动力有何区别？3-2自然循环双管系统垂直失调与自然循环单管系统垂直失调的原因是否存在不同，各自是什么？3-3机械循环与自然循环的主要区别有哪些？3-4膨胀水箱的作用有哪些？3-5什么是水平失调？

3-6同程式系统与异程式系统

3-7不等温降算法在何种场合使用较为适合，有何优点？

3-8采暖自然循环系统和机械循环系统的膨胀水箱是如何设置的？为什么？

3-9采暖自然循环系统和机械循环系统管道的坡度是如何规定的？为什么要设坡度？3-10管道水力计算方法中当量阻力法和当量长度法的计算原理是什么3-11热水管道中的等温降法、不等温降法有何不同？

3-12热水采暖系统的垂直失调和水平失调是如何产生的？3-13如何计算热水采暖自然循环系统的工作压力？

3-14试计算某单管系统各层立管中的混合水温，其热负荷和热媒温度已示于3—14题图，如采用四柱

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813型散热器，明管明装，试计算室内计算温度为160C时，各组散热器的片数。（也可选用其他型散热器）。

图3—14题图

3-15写出以下各图示自然循环供暖系统计算作用压力的数学表达式。3—15题图（a）（b）（c）（d）。

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3-15题图

3-16试写出单双管混合系统通过最不利环路的自然循环作用压力。其散热负荷及标高见3—16题图。

3-16题图

3-17膨胀水箱与系统的连接点对系统压力分布有无影响，为什么（绘图分析）？如何保证系统正常运行。

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3-18某机械循环热水供暖系统，采用四柱813型散热器和4M型锅炉，有100米室外管道。其热负荷为500000W，试确定膨胀水箱的有效容积和型号。

3-18题图

3-19某自然循环热水供暖系统，其热负荷为250000W，采用M—132型散热器和SH型热水锅炉，试确定膨胀水箱的型号。

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G=500kg/h

G=150kg/h(b)

G=400kg/hd

d(a)G=400kg/h

(c)

dl*dk*dz=252023(d)

dl*dk*dz=323030

3-19题图

(e)

dl*dk*dz=252023

3-20某供暖系统如3—18题图所示，试分析通过各个环路的几种可能的自然循环作用压力，并写出其计算作用压力。

3-21试确定下图所示单管热水供暖系统的作用压力，并确定最远环路的管径、阻力和散热器的面积（见图3—18）。

3-23试确定以下各图中流入散热器的流量G1和G2（图3—19）。

3-24试编制程序模拟“不等温降〞法的手工计算过程，计算教材中的例3—5，其输出格式请参照教材表3—15。

3-25某机械循环热水供暖系统如3—25题图所示，其供回水温度为95/700C，用户入口处压力为10000Pa，试进行水力计算，（确定热水，回水干管管径，并平衡

II、V立管等）。

3—25题图

3-26试求沿程压力降仍听从阻力平方定律时管道内水的最低速度，即滚动由紊流过渡区转到阻力平方区的临界速度。假设水的温度t=1000C，管道的绝对粗糙度k=0.5mm。

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0.1(

附注：紊流过渡区的滚动摩察系数由阿尔特舒尔公式确定：动摩擦系数由谢弗林逊公式确定：

k100QU

)dRe。阻力平方区的流

0.11()QU

3-27有一直径d=100mm的管道，试求以v=0.2m/s，温度t=1000C的水通过该管道的单位沿程压力降。假定管道的绝对粗糙度k=0.5mm。

3-28有一直径d=300mm和长度1=2000m的管道，如长期使用后其绝对粗糙度由k1=0.5mm增大至k2=2mm。试求：

（1）在一致的水流量下该管道的压力损失增加几倍？

（2）在一致的压力降下该管道的水流量减少多少，假设总的局部阻力系数

kd

10。

3-28某直径d=300mm的管道，有平均温度为900C,流量为300t/h的热水通过，试求水通过该管的流速和单位沿程压力降（利用水力计算表进行计算）。

（1）假设管道的绝对粗糙度k1=0.5mm。（2）k2=0.2mm

3-29试求供水量G=300t/h的单管式远距离管道的直径。管道的长度L=10km，滚动摩擦阻力和局部阻力的允许压力降（假定地形平坦）P=6bar。总的局部阻力系数

糙度k=0.5mm，水的密度p=958kg/m3。

3-30某双管式热水供热系统，其管段长度，闸门及方形补偿器的平面布置如3—30题图所示，网路的计算供回水温度分别为tg=1300C，ta=700C,用户1、2、3内部的阻力损失分别为5、10、5mHzO，供暖设计热负荷均为3106W，试求各管段的管径及实际的压头损失。

图3—8

3-30题图

假设热网水泵扬程H=45mH2O锅炉房内汽一水加热器及管道的阻力损失为H=15mH2O。计算中取。

承上题，试编制程序上机计算，输出格式可采用教材中有关表格的形式。

3-32当进行双管式输送热水管的试验时，起点（热电厂）供水和回水管上压力表所示的压力相应地为9bar和4bar，同时终点供水管和回水管上压力表所示的压力相应地为4bar和3bar。

设供水管和回水管的摩擦阻力和局部阻力的压头损失一致，试求热水管终点的标高比起点的高多少。

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3-33有一直径d=257mm，线路长L=1200m的双管式热力管，供给用户热水V=300m3/h。

假使根据压力表测得热力管起点处供水管的压力p1=7bar.回水管的压力p2=3bar，试求用户热力站内供水管的压力P1和回水管的压力P2。每根热力管的总的局部阻系数

9，热力管的终点（用户热力站）比起点低12m。计算中假定水

的密度p=1000kg/m2,k=0.2mm。

3-34当直径d=400mm和长度1=200m的供水管进行试验时，水流量V=100m2/h(ρ=1000kg/m3)管道始端的压力表压力P1=9bar，管道末端的压力表压力P2=3.5bar，静止状态下（V=0），上述压力表的示度上应地为P1=2.5bar和P2=3.5bar。

如k=0.2mm，试求实际压力降比计算用压力降大几倍，设总的局部阻力系数

20。

第4章

4-1某蒸汽管段长1000米，通过饱和蒸汽流量10t/h，管径dN=259mm，局部阻力当量长度L=113米，若起点蒸汽压力为8bar（表压力），求管段末端的压力？（提醒：可先按点进行试算，再按平均ρ修正）。

7barL1=1000mL2=600m

6bar

4-1题图

4-2求4—1题图中过热蒸汽管道各段初步计算时的ρ值，已知管道进口蒸汽温度为2400C，管道上蒸汽温度降采用30C/100米计算。

4-3有一蒸汽支管，起点的蒸汽压力为3bar的饱和蒸汽，D、C用户要求和管长如4—3题图所示，试确定各段管径。

4-3题图

4-4某余压凝水回收系统4—4题图，其用热设备中的蒸汽压力为2.5bar（表压力），凝水箱为-0.2bar（表压力），疏水器漏汽量占用汽量的10%，消耗压力为用汽压力的5%，用户水箱管道在同一平面内，

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求管段内的计算ρ值。

4-4题图

4-5某凝水回收系统，管长L=200米，通过流量4吨/时，用热设备压力为3bar，疏水器后为1.5bar，闭压水箱中为1.3bar，疏水器与水箱为同一平面上，凝水在用热设备中过冷却100C，即低于饱和温度100C，管道局部阻力折算系数a=0.1，假使疏水器不漏汽也不计沿程热损失，求该管段的直径？如考虑疏水器漏汽10%，则管径应变为多少？并画出系统图。

4-6试分析4—6题图所示凝结水回收系统各管段的作用压力。

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图4-6题图

第5章

5-1高层建筑给水系统为什么要进行数竖向分区，如何分区，应注意哪些问题？5-2高层建筑给水方式的基本特征是什么？5-3室内热水系统的主要组成

5-4热水循环系统的循环水泵一般设在供回水的哪个管路上？应注意哪几点？

第6章

6-1实现均匀送风的基本条件

6-2结合例题[6-3]，把握一般通风管道水力计算方法。参见该题图6-7，假使途中第6号支路增加一个调理阀门，且该阀门阻力损失为该管段原来总阻力损失的20%，请问增加这个阀门后对整个管路流量分派有何影响，并计算增加阀门后各管段的流量分派和系统总阻力的变化6-3物料速度、速比和料气比

6-4以高中压燃气管道水力计算基本公式为基础，推导出低压燃气管道水力计算基本公式6-5燃气（混合气体）运动粘度如何确定

6-6燃气管网平均流速（高峰和低谷）的计算方法6-7燃气（对空气）相对密度

6-8低压燃气管道当量管径和当量长度的换算方法6-9高中压燃气管道当量管径和当量长度的换算方法

6-10结合例题[1-2]，给出一个完整的低压燃气管网（环状）水力计算步骤6-11附加压头的本质是什么，有何特点？

第7章

7-1给出压缩空气管网水力计算步骤7-2压缩空气管网系统容量的确定方法7-3给出制冷工艺管道管径确定方法

7-4除消防给水系统外，其它常用的消防灭火系统有哪些？

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第8章

8-1如8—1题图有一个用户的热水网路的支线示意图，该图上表示闸门A完全开启时的运行工况下的支线压力图。这时，用户系统的压力损失为20m，水流量为100m3/h（第一工况），该工况下，支线的供水管和回水管的压头损失各为10m。

假使用稍微关闭闸门A的方法将用户系统的压头损失降低至10m（第2工况），试求支线各部件（供水管，回水管和闸门）的水流量和压头损失。

在两种工况下，支线与主要干线连接处的压头差固定为40m。

8-1题图

8-2如8—2题图有两个用户的热网示意图，在同一图上方表示了每个用户的水流量V1=V2=100m2/h下的水压图。

如关闭用户2，试求供给用户1的水量，并绘制新工况下的水压图。在两工况下，热电厂出口处（加热器以后）的压头差用调理闸门A的方法维持为定值，即H=40m，用户入口没有自动调理器。

8-2题图

8.3如8—3题图有两个用户的双管式热网正常运行工况下的水压图。

在正常工况下，各用户的供暖水流量V10=V02=75m2/h，热水供应水流量V11=V12=25m2/h。试求当热水供应加热器停用时，上述供暖系统内的水流量如何分派。热电厂进出口的压头差在两种工况中均为定值，即H=60m。

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8-3题图

8-4有两根直径为d1=309mm与的d2=404mm同样长的并联连接供水管，试问其水流量如何分派？两根管道的局部阻力损失系数a彼此相等。

8.58—5题图所示热网系由两根并联接入的主要干线各包括供水和回水组成，一根主要干线的管道内直径d1=404mm，长度11=1000m，另一根主要干线的管道内径d2=309mm，长度12=800m。

8-4题图

假使总水流量V=1000m3/h,试求此两主要干线间的水流量如何分派。在两根管道中局部压头损失系数a一致。

第9章

9-1用Excel求解如9-１题图所示的水力管网。

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9-1题图9-1计算示意图

9-2应用MATLAB软件求解9-19-3应用EPANET2软件求解上例9-4编写教材例9-8解算源程序

综合作业（或管网课程设计）——某市师范学院热水供热管网设计

一．课程设计目的（综合作业）

流体输配管网课程设计是“流体输配管网〞课程的主要教学手段之一。通过课程设计了解流体输配管网设计内容、程序和基本原则；把握流体输配管网水力计算方法和步骤；熟悉集中供热调理方式和在变工况状况下对管网水力稳定性的影响，提高运算和制图能力。同时通过课程设计稳定所学的理论知识和实际知识，并学习运用这些知识解决工程问题。二．设计题目

某市师范学院热水供热管网设计三．设计概况

本设计为北方地区某市师范学院的室外热水供热管网设计。全院分教学区和生活区两部分。生活区包括教师宿舍、学生宿舍、食堂、商店和浴室等，在采暖期间全天供热。教学区晚上10点以后中止供热，维持值班温度。根据全院总平面图；按图中各建筑物的使用功能、建筑面积、高度等，完成能满足全院各建筑物热负荷的供热管网设计。四．原始资料１.热负荷

见全院总平面图（略，参见“某学院管网综合作业图.dwg〞）

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２.热媒参数

管网供水温度95℃、回水70℃３.其他

全院地势平坦，地下水位较低。全院全部使用铸铁散热器。锅炉房能提供足够热媒。五.管网布置

见管网平面图（略）

其次部分第1章（略）

部分习题、作业参考答案

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第2章

2-1已知4—72—No6C型风机在转速为1250r/min时的实测参数如下表所列，求：

各测点的全效率；绘制性能曲线图；定出该风机的铭牌参数（即最高效率点的性能参数）；计算及图表均要求采用国际单位。

2-2根据题2-1中已知数据，试求4-72-11系列风机的无因次量，从而绘制该系列风机的无因次性能曲线。计算中定性叶轮直径D2=0.6m。

流体输配管网习题

2-3得用上题得到的无因次性能曲线求4-72-11No5A型风机在n=2900r/min时的最正确效率点各参数

什，并计算该机的比转数值。计算时D2=0.5m。

解：查无因次曲线表得：P=0.428Q=0.203N=0.095

u2D2n/603.14*0.5*2900/6075.9m/s

3.14*0.52

Q3600u2Q3600*75.9**0.20310886

44

Pu22P1.205*75.92*0.4282971N

D22

D22

43.14*0.52

u2N/1000*1.025*75.93*0.095/10009.82kW

4

3

2-4某一单吸单级泵，流量Q=45m/s，扬程H=33.5m，转速n=2900r/min,试求其比转数为多少？如该泵为双吸式，应以Q/2作为比转数中的流量计算，则其比转数应为多少，当该泵设计成八级泵，应以H/8作为比转数中的扬和计算值，则比转数为多少？

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nsp3.6585双吸式：nsp'3.65八级式：nsp3.6560.1404.3

2-5某一单吸单级离心泵，Q=0.0375(m3/s)，H=14.65m，用电机由皮带拖动，测得n=1420r/min,N=3.3kW;后因改为电机直接联动，n增大为1450r/min，试求此时泵的工作参数为多少？

解：设增大后的泵的参数用QHN来表示

Q'n'14501.02解得Q'1.02Q0.075m3/sQn1420

H'n'214502

()()1.04解得H'1.04H15.24mHn1420N'n'314503

()()1.065解得N'1.065N3.5kWn1420N

2-6在n=2000的条件下实测一离心泵的结果为Q=0.17m/s,H=104m,N=184kW.如有一几何相像的水

泵，其叶轮比上述泵的叶轮大一倍，在1500r/min之下运行，试求在一致的工况点的流量，扬程及效率各为多少?

Q'n'D'31500()*236解得Q'6Q1.02m/3sQnD2000

H'n'2D'2

()()2.25解得H'234mHnDN'n'3D'5

()()13.5解得N'2484kWnDN

2-7有一转速为1480r/min的水泵，理论流量Q=0.0833m/s，叶轮外径D=360mm，叶轮出中有效面积A=0.023㎡，叶片出口安装角β=30，试做出口速度三角形。假设流体进入叶片前没有预旋运动，即Vu=0,试计算此泵的理论压头Ht∞.设涡流修正系数k=0.77，理论压HT这多少？

解：

Q

0.0833/0.0233.62m/sAD1480**0.36u2227.88

260

如下图：vu2u2vr2ctg227.883.62*ctg3021.61vr2

11u2vu2*27.88*21.6161.5mg9.8

HTkHT0.77*61.547.4m

HT

2-8有一台多级锅炉给水泵，要求满足扬程H=176m，流量Q=81.6m/h，试求该泵所需的级数和轴功

3

流体输配管网习题

率各为多少？计算中不考虑涡流修正系数。其余已知条件如下：

叶轮个径D=254m水力效率ηh=92%容积效率ηv=90%机械效率ηm=95%转速n=1440r/min

液体出口绝对流速的切向分速为出口圆周速度的55﹪.解：

u2

19.1m/s6011

HTu2vu20.55u2220.46m

ggHHTh18.82m

H总1769.35取整为10级H18.82

NeQH/100039.1kWN

Ne

D2n

所需级数为

hVm

39.1/0.92*0.90*0.9549.7kW

需要的轴功率为49.7kW

2-9为什么离心式泵与风机性能曲线中的Q-η曲线有一个最高效率点？

答：由于

QH

N

vh

N

QTHT,而且QT，HT满足关系

HTABctg2QT,代入上式得：

v

N

Q（ABctg2

Q

h

）

在v，h不变或变化不大的状况下，与Q满足二次函数关系，函数图象开口向下，故Q存在一个最高效率点。

另外，还可以参见教材P49页关于水力损失的描述。

2-10影响泵或风机的性能的能量损失有叧几种？简单地探讨造成损失的原因。证明全效率等于各分效率之乘积。