化工原理習題解其次章流體輸送機械

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其次章流體輸送機械

離心泵特性

某離心泵用15℃的水進行性能試驗，水的體積流量為540m/h，泵出口壓力表讀數(shù)為350kPa，泵入口真空表讀數(shù)為30kPa。若壓力表與真空表測壓截面間的垂直距離為350mm，吸入管與壓出管內徑分別為350mm及310mm，試求泵的揚程。

解水在15℃時??995.7kg/m3，流量qV?540m3/h壓力表pM?350kPa，真空表pV??30kPa（表壓）壓力表與真空表測壓點垂直距離h0?0.35m管徑d1?0.35m，d2?0.31m

流速u1?V??2?4d123

q540/36004?(0.35)2?1.56m/s

?d??0.35?u2?u1?1??1.56????1.99m/sd0.31???2?2pM?pVu2?u12?揚程Η?h0?ρg2g2350?103?(?30?103)(1.99)2?(1.56)2?0.35??995.7?9.812?9.81?0.35?38.9?0.078?39.3m水柱

原來用于輸送水的離心泵現(xiàn)改為輸送密度為1400kg/m的水溶液，其他性質可視為與水一致。若管路狀況不變，泵前后兩個開口容器的液面間的高度不變，試說明：(1)泵的壓頭（揚程）有無變化；(2)若在泵出口裝一壓力表，其讀數(shù)有無變化；(3)泵的軸功率有無變化。

解(1)液體密度增大，離心泵的壓頭（揚程）不變。（見教材）(2)液體密度增大，則出口壓力表讀數(shù)將增大。(3)液體密度?增大，則軸功率P?qV?gH3

?3

將增大。

3

某臺離心泵在轉速為1450r/min時，水的流量為18m/h，揚程為20m(H2O)。試求：(1)泵的有效功率，水的密度為1000kg/m;(2)若將泵的轉速調理到1250r/min時，泵的流量與揚程將變?yōu)槎嗌伲?/p>

解(1)已知qV?18m3/h,H?20m水柱，??1000kg/m3有效功率Pe?qV?gH?18?1000?9.81?20?981W3600學習好幫手完美格式整理版

(2)轉速n1?1450r/min時流量qV1?18m3／h，揚程H1?20mH2O柱

n2?1250r/min轉速流量qV2?qV1n21250?18??15.5m3/hn1145022?n??1250?揚程H2?H1?2??20????14.9mH2O柱n1450???1?管路特性曲線、工作點、等效率方程

用離心泵將水由敞口低位槽送往密閉高位槽，高位槽中的氣相表壓為98.1kPa，兩槽液位相差4m且維持恒定。已知輸送管路為?45mm×2.5mm，在泵出口閥門全開的狀況下，整個輸送系統(tǒng)的總長為20m（包括所有局部阻力的當量長度），設滾動進入阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)為0.02。

2在輸送范圍內該離心泵的特性方程為H?28?6?105qV（qV的單位為m/s，H的單位為m）。水的密

3

3

度可取為1000kg/m。試求：（1）離心泵的工作點；（2）若在閥門開度及管路其他條件不變的狀況下，而改為輸送密度為1200kg/m的堿液，則離心泵的工作點有何變化？

解（1）管路特性方程H?H0?kqV2

Δp98.1?103?4?3=14其中H0?Δz??g10?9.813

k??8l?Σle820?0.02???3.23?1052525?gd3.14?9.810.04故管路特性方程H?14?3.23?105qV2離心泵特性方程H?28?6?105qV2兩式聯(lián)立28?6?105qV2?14?3.23?105qV2得工作點下的流量與壓頭

qV?3.89?10?3m3/s，H?18.92m

（2）當改送密度為1200kg/m的堿液時，泵特性方程不變，此時管路特性方程

Δp98.1?103?12.3H0?Δz?'?4?1200?9.81?g'3

滾動進入阻力平方區(qū)，且閥門開度不變，則k不變。因此管路特性方程變?yōu)?/p>

H?12.3?3.23?105qV2

將該方程與泵特性方程聯(lián)立

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28?6?105qV2?12.3?3.23?105qV2

得新工作點下流量及壓頭

q'V?4.12?10?3m3/s，H'?17.78m

在一化工生產車間，要求用離心泵將冷卻水由貯水池經換熱器送到另一敞口高位槽，如習題2-5附圖所示。

已知高位槽液面比貯水池液面高出10m，管內徑為75mm，管路總長（包括局部阻力的當量長度在內）為400m。流體滾動處于阻力平方區(qū)，摩擦系數(shù)為0.03。流體流經換熱器的局部阻力系數(shù)為??32。

離心泵在轉速n?2900r/min時的H?qV特性曲線數(shù)據(jù)見下表。

qV/m3?s?1H/m

習題2-5a附圖

026

0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.00825.5

24.5

23

21

18.5

15.5

12

8.5

試求：(1)管路特性方程；(2)工作點的流量與揚程；(3)若采用改變轉速的方法，使第(2)問求得的工作點流量調理到3.5?10?3m3／s，應將轉速調理到多少？（參看例2-3）。

解已知d?0.075m,l?le?400m,??0.03,??32

2(1)管路特性方程H?H0?kqV

H0??Z??p?10?0?10mH2O?gk?8?l??le????4???5?2g?dd?????840032??0.03???5.02?105?254???9.81?(0.075)(0.075)?2H?10?5.02?105qV

(2)工作點的流量與揚程

管路特性曲線的qV與H計算值如下

qV/m3?s?100.0010.0020.0030.0040.0050.0060.007

0.008

H/m1010.51214.51822.62834.6

42.1

工作點流量qVA?0.0045m3/s，揚程HA?19.8mH2O

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(3)將工作點流量從qVA?0.0045m3/s調理到qVC?0.0035m3/s，泵的轉速應由2900r/min調理到多少？

將qVC?0.0035m3/s代入管路特性方程，求得

HC?10?5.02?105?(0.0035)2?16.1mH2O

2等效率方程H?KqV

系數(shù)K?HC16.1??1.31?10622qVC(0.0035)2得等效率方程H?1.31?106qV

等效率方程的計算值如下

qV／m3?s?100.0010.0020.0030.0040.0045H/m01.315.2411.82126.5

從n?2900r/min的泵特性曲線與等效率曲線的交點D，得到

qVD?0.004m3/s,HD?21mH2O

習題2-5b附圖

流量為qVC?0.0035m3/s時的轉速為

nC?nDqVC0.0035?2900??2538r/minqVD0.004nD?nC2900?2538?100??100?12.5%nD2900轉速變化小于20%，效率基本不變。

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離心泵的并聯(lián)及串聯(lián)

若習題2-5第2問改為兩臺泵并聯(lián)操作，管路特性曲線不變，試求泵工作點的流量與揚程。

解習題2-6附圖中點A為工作點流量qV?0.0053m3/s，揚程H?23.7m水柱

若習題2-4第2問改為兩臺泵串聯(lián)操作，管路特性曲線不變，試求工作點的流量與揚程。

解習題2-7附圖中點A為工作點，流量qV?0.0061m3/s，揚程H?30.02m水柱

習題2-6附圖

習題2-7附圖

離心泵的安裝高度

用型號為IS65?50?125的離心泵，將敞口水槽中的水送出，吸入管路的壓頭損失為4m，當?shù)丨h(huán)境大氣的絕對壓力為98kPa。

試求：(1)水溫20℃時泵的安裝高度，(2)水溫80℃時泵的安裝高度。解已知環(huán)境大氣壓力p0?98kPa（絕壓）吸入管?Hf?4m(H2O)，查得泵的汽蝕余量Δh=2m

(1)20℃的水，飽和蒸氣壓pV?23.38kPa，密