第二章化工原理-修訂版-天津大學(xué)-

1、第二章 流體輸送機(jī)械習(xí)題1. 在用水測(cè)定離心泵性能的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)流量為26 m3/h時(shí)，泵出口處壓強(qiáng)表和入口處真空表的讀數(shù)分別為152 kPa和24.7 kPa，軸功率為2.45 kW，轉(zhuǎn)速為2900 r/min。若真空表和壓強(qiáng)表兩測(cè)壓口間的垂直距離為0.4m，泵的進(jìn)、出口管徑相同，兩測(cè)壓口間管路流動(dòng)阻力可忽略不計(jì)。試計(jì)算該泵的效率，并列出該效率下泵的性能。解：在真空表和壓強(qiáng)表測(cè)壓口處所在的截面和間列柏努利方程，得其中： (表壓) 則泵的有效壓頭為：泵的效率 該效率下泵的性能為： 2. 用某離心泵以40 m3/h的流量將貯水池中65的熱水輸送到?jīng)鏊?，并?jīng)噴頭噴出而落入涼水池中，以達(dá)到冷卻的目

2、的。已知水在進(jìn)入噴頭之前需要維持49 kPa的表壓強(qiáng)，噴頭入口較貯水池水面高8 m。吸入管路和排出管路中壓頭損失分別為l m和5 m，管路中的動(dòng)壓頭可以忽略不計(jì)。試選用合適的離心泵，并確定泵的安裝高度。當(dāng)?shù)卮髿鈮喊?01.33kPa計(jì)。解：在貯槽液面與噴頭進(jìn)口截面之間列柏努利方程，得 其中： 根據(jù) ，輸送流體為水，在型水泵系列特性曲線上做出相應(yīng)點(diǎn)，該點(diǎn)位于型泵弧線下方，故可選用(參見教材113頁），其轉(zhuǎn)速為，由教材附錄24(1)查得該泵的性能，必需氣蝕余量 由附錄七查得時(shí)， 泵的允許安裝高度 3. 常壓貯槽內(nèi)盛有石油產(chǎn)品，其密度為760 kg/m3，黏度小于20 cSt，在貯存條件下飽和蒸氣壓

3、為80kPa，現(xiàn)擬用65Y-60B型油泵將此油品以15 m3/h的流量送往表壓強(qiáng)為177 kPa的設(shè)備內(nèi)。貯槽液面恒定，設(shè)備的油品入口比貯槽液面高5 m，吸入管路和排出管路的全部壓頭損失分別為1 m和4 m。試核算該泵是否合用。若油泵位于貯槽液面以下1.2m處，問此泵能否正常操作?當(dāng)?shù)卮髿鈮喊?01.33kPa計(jì)。解：要核算此泵是否合用，應(yīng)根據(jù)題給條件計(jì)算在輸送任務(wù)下管路所需壓頭的值，然后與泵能提供的壓頭數(shù)值比較。由本教材的附錄24 (2)查得65Y-60B泵的性能如下： ，在貯槽液面與輸送管出口外側(cè)截面間列柏努利方程，并以截面為位能基準(zhǔn)面，得其中， 將以上數(shù)值代入前述方程，得完成流體輸送任務(wù)

4、所需的壓頭為所需流量，符合要求。 由已知條件確定此泵是否合用應(yīng)核算泵的安裝高度，驗(yàn)證能否避免氣蝕。由柏努利方程，完成任務(wù)所需的壓頭： 泵的安裝高度低于安裝高度，故此泵能正常使用。4. 欲用例2-2附圖所示的管路系統(tǒng)測(cè)定離心泵的氣蝕性能參數(shù)，則需在泵的吸入管路中安裝調(diào)節(jié)閥門。適當(dāng)調(diào)節(jié)泵的吸入和排出管路上兩閥門的開度，可使吸入管阻力增大而管內(nèi)流量保持不變。若離心泵的吸入管直徑為100 mm，排出管直徑為50 mm，孔板流量計(jì)孔口直徑為35 mm，測(cè)得流量計(jì)壓差計(jì)讀數(shù)為0.85 mHg，吸入口真空表讀數(shù)為550 mmHg時(shí)，離心泵恰發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，試求該流量下泵的氣蝕余量和允許吸上真空度。已知水溫為2

5、0，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?60mmHg。解：查得時(shí)， 由 ，由教材(上冊(cè))第一章圖1-33，得 可知，通過孔板流量計(jì)孔口的流速為： 由于各段體積流量相等。則出口管路中流體的速度為，校核雷諾數(shù)，故是常數(shù)。水在進(jìn)口管路中的流速 氣蝕余量 允許吸上真空度，5. 用3B33A型離心泵從敞口水槽中將70清水輸送到它處，槽內(nèi)液面恒定。輸水量為3545 m3/h，在最大流量下吸入管路的壓頭損失為1 m，液體在吸入管路的動(dòng)壓頭可忽略。試求離心泵的允許安裝高度。當(dāng)?shù)卮髿鈮?8.1 kPa。在輸水量范圍下泵的允許吸上真空度為6.4 m和5.0 m。解：由附錄查得操作條件下清水的飽和蒸汽壓，將已知的換算后代入便可求出。 由

6、附錄可知時(shí)， 由此可知泵的允許裝高度為6. 用離心泵從敞口貯槽向密閉高位槽輸送清水，兩槽液面恒定。輸水量為40 m3/h。兩槽液面間垂直距離為12 m，管徑為，管長(zhǎng)(包括所有局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度)為100 m，密閉高位槽內(nèi)表壓強(qiáng)為9.81×104Pa，流動(dòng)在阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)為0.015，試求：(1) 管路特性方程；(2) 泵的壓頭。解：(1）以貯槽液面為，并作為位能基準(zhǔn)面，以高位槽液面為，在和之間列柏努利方程，得 其中： 代入上述數(shù)據(jù)可得 管路摩擦阻力損失 (以為單位） (2）將代入以為單位的計(jì)算式7. 用水對(duì)某離心泵做實(shí)驗(yàn)，得到下列各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：Q/(L/min）010020030

7、0400500H/m37.2383734.531.828.5泵輸送液體的管路管徑為76 mm×4 mm、長(zhǎng)為355 m(包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度)，吸入和排出空間為常壓設(shè)備，兩者液面間垂直距離為4.8 m，摩擦系數(shù)可取為0.03。試求該泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的流量。若排出空間為密閉容器，其內(nèi)壓強(qiáng)為129.5 kPa(表壓)，再求此時(shí)泵的流量。被輸送液體的性質(zhì)與水的相似。解：(1) 在貯水池液面和輸水管出口內(nèi)側(cè)列柏努利方程，得 其中： (以為單位） 由此可得到管路特性方程： (1）泵的性能參數(shù)見表1。由表1的數(shù)據(jù)繪制如下的管路特性曲線，兩曲線的焦點(diǎn)即為泵的工作點(diǎn)，此時(shí)即(2）在貯水池液面和管路出口液

8、面上方之間列柏努利方程，得 其中：， ， ， 重復(fù)(1)繪制管路特性曲線的步驟，數(shù)如由表(1)最后一行所示。此管路特性曲線與泵特性曲線交點(diǎn)即為新的工作點(diǎn)。 表(1）離心泵的性能參數(shù)Q01002003004005000.001.673.3356.678.3337.8383734.531.828.54.86.511.5620.0431.9347.111819.724.7633.2445.1360.31 習(xí)題7附圖8. 用兩臺(tái)離心泵從水池向高位槽送水，單臺(tái)泵的特性曲線方程為；管路特性曲線方程可近似表示為，兩式中Q的單位為m3/s，H的單位為m。試問兩泵如何組合才能使輸液量大?(輸水過程為定態(tài)流動(dòng))解

9、：兩泵并聯(lián)時(shí)，流量加倍，壓頭不變，故并聯(lián)泵的特性曲線方程為并令并，可求得并聯(lián)泵的流量，即，解得兩臺(tái)泵串聯(lián)時(shí)，流量不變，壓頭加倍，故串聯(lián)泵的特性曲線方程為串同理，解得結(jié)果表明，并聯(lián)泵的流量高于串聯(lián)泵的流量。9. 現(xiàn)采用一臺(tái)三效單動(dòng)往復(fù)泵，將敞口貯罐中密度為1250 kg/m3的液體輸送到表壓強(qiáng)為1.28×106 Pa的塔內(nèi)，貯罐液面比塔入口低10 m，管路系統(tǒng)的總壓頭損失為2 m。已知泵的活塞直徑為70 mm，沖程為225 mm，往復(fù)次數(shù)為200 min-1，泵的總效率和容積效率分別為0.9和0.95。試求泵的實(shí)際流量、壓頭和軸功率。解：(1) 三效單動(dòng)往復(fù)泵的實(shí)際流量其中，為泵的容積

10、效率，其值為0.95，所以，(2) 在貯罐液面及輸送管路出口外側(cè)截面間列伯努利方程，并以貯罐液面為位能基準(zhǔn)面，得其中， (表壓) (表壓) 所以管路所需的壓頭應(yīng)為泵所提供，所以泵的壓頭為116.4m。(3) 往復(fù)泵的軸功率計(jì)算與離心泵相同，則10. 已知空氣的最大輸送量為14500 kg/h，在最大風(fēng)量下輸送系統(tǒng)所需的風(fēng)壓為1.28×106 Pa(以風(fēng)機(jī)進(jìn)口狀態(tài)計(jì))。由于工藝條件的要求，風(fēng)機(jī)進(jìn)口與溫度為40、真空度為196 Pa的設(shè)備連接。試選擇合適的離心通風(fēng)機(jī)。當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為93.3 kPa。解：由題知， 由附錄25知可采用47211No.8C型離心通風(fēng)機(jī)，性能如下： ，11. 1

11、5的空氣直接由大氣進(jìn)入風(fēng)機(jī)，再通過內(nèi)徑為800 mm的水平管道送到爐底，爐底的表壓為10.8 kPa?？諝廨斔土繛?0000 m3/h(進(jìn)口狀態(tài)汁)，管長(zhǎng)為100 m(包括局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度)，管壁絕對(duì)粗糙度可取為0.3 m。現(xiàn)庫存一臺(tái)離心通風(fēng)機(jī)，其性能如下表所示。核算此風(fēng)機(jī)是否合用?當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.33 kPa。 轉(zhuǎn)速/(r/min) 風(fēng)壓/Pa 風(fēng)量/( m3/h)1450 12650 21800解：離心機(jī)的風(fēng)速為： 查得時(shí)，則 又 查圖知，其阻力損失壓降 全風(fēng)壓 風(fēng)量 (符合）由上面分析，此風(fēng)機(jī)合用。12. 某單級(jí)雙缸雙動(dòng)空氣壓縮機(jī)，活塞直徑為300 mm，沖程為200 mm，每分鐘往復(fù)480次。壓縮機(jī)的吸氣壓強(qiáng)為9.807×104 Pa，排氣壓強(qiáng)為34.32×104 Pa。試計(jì)算該壓縮機(jī)的排氣量和軸功率。假設(shè)汽缸的余隙系數(shù)為8%，排氣系數(shù)為容積系數(shù)的85%，絕熱總效率為0.7?？諝獾慕^熱指數(shù)為1.4。解：往復(fù)壓縮機(jī)的排氣量，其中：， ，將此數(shù)據(jù)代入上式可得到： 所需的軸功率 其中： 13用三級(jí)壓縮把20的空氣從98.07&#