流體輸送計算題

化工原理考試題及答案姓名 班級 學號 成績五、計算題：1.〔10分〕 題號2198 第2章 學問點130 難度簡潔將20℃的水由水池打至一敞口高位槽中，槽內的水面與水池內的水面的垂直距離為31.6m。管路總能量損失為50J.kg，流量為20m.h，試求理論功率為多少kw？***答案***

***答案***

此題目有題圖：titu054.bmpｇZ ＋ｕ /2＋P /ρ＋Ｗ＝ｇZ ＋ｕ 2＋P /ρ+∑ｈZ ＝0，Z ＝31.6m，P ＝P ，ｕ≈0，ｕ≈0，

⑴N軸=Ne/η,Ne=Ms·We,Ms=10×1000/3600=2.778kg.sWe--泵對單位質量流體所做的有效功。選取1-1與2-2截面，并以1-1截面的基準面。在兩截面間做能量衡算：∑ｈ＝50Ｊ/kggZ +(p /ρ)+(u /2)+We=gZ +(p/ρ)+(u/2)+ΣhfＷ＝ｇZ ＋∑ｈ＝9.81×31.6＋50＝360Ｊ/kg∵Z =0 Z =2+18=20M p =p=0u=u =0m ＝20/3600×1000＝5.556kg.sN＝Ｗm ＝360×5.556＝2023Ｊ.s ＝2kwWe=g·Z +Σhf Σhf=λ(ΣL/d)(uu=(V/3600)/[(π/4)]d/2)=(10/3600)/(0.7852×0.05 )=1.415m.s2.〔16分〕22002章學問點130難度較難如以下圖輸水系統(tǒng)。:管路總長度(包括全部局部阻力當量長度)為100m，從壓力表至高位槽全部管長〔包括全部局部阻力當量長度〕為80m,管路摩擦系數λ=0.025，管子內徑為0.05m，水的密度ρ=1000kg.m,泵的0.8,10m.h，求:(1)N軸=?(2)壓力表的讀數為多少kgf

Σhf=0.025×(100/0.05)(1.415 /2)=50.06J.kgWe=9.81×20+50.06=246.25J.kgNe=Ms·We=2.778×246.25=684J.sN軸=Ne/0.8=684/0.8=855W⑵再就3-3與2-2截面做能量衡算，并取3-3為基準面gZ +(p /ρ)+(u /2)=gZ +(p /ρ)+(u /2)+hf壓∵Z =0 Z =18 p =0 u =0∴p /ρ=gZ +hf壓-(u /2)=9.81×18+λ(ｌ壓/d)(u /2)-(u /2)=176.58+0.025(80/0.05)×(1.415 /2)-(1.415 /2)=176.58+40.04-1.0=215.62J.kgp =ρ×215.62=215620N.m

l+Σl =100m Q=56.5m .h∴u=Q/A=56.5/(3600×0.785×10 )=2m.sμ=1cp=10 Pa·S ρ=1000kg.m λ=0.024⑴∵Re=duρ/μ=0.1×2×1000/10 =2×10 >4000∴水在管內流淌呈湍流⑵以1-1面為水平基準面,在1-1與2-2面間列柏努利方程：p =215620/(9.81×10 )=2.198kgf(表)Z+(u/2g)+(p/ρg)+He=Z+(u/2g)+(p/ρg)+Σhf3.〔18分〕 題號2202 第2章學問點134難度中等∵Z=0u=0 p0(表壓)Z=18mu=0如圖3B57離心泵將20℃的水由敞口水池送到一壓力為2.5at的塔內,管徑為φ108×4mm管路全長100m(包括局部阻力的當量長度，管的進、出口當量長度也包括在)。：水的流量為56.5m .h ，水的粘度為1厘泊，密度為1000kg.m ，管路摩擦系數可取為0.024，試計算并答復：(1)水在管內流淌時的流淌形態(tài)；(2)管路所需要的壓頭和功率；

p /ρg=2.5×9.81×10 /(1000×9.81)=25mΣhf=λ[(l+Σle)/d](u /2g)=0.024×(100/0.1)×[2 /(2×9.81)]=4.9m∴He=18+25+4.9=47.9mNe=HQρg=47.9×1000×9.81×56.5/3600=7.4kw4.〔12分〕 題號2204 第2章 學問點130 難度較難欲用離心泵將20℃水以30m .h 的流量由水池打到敝口高位槽，兩液面均保持不變，液面高差為18m，泵的吸入口在水池液面上方2m處。泵的吸入管路全部阻力為1mH O柱，壓出管路全部阻力3mH O柱，泵的效率為0.6，求泵的軸功率。假設泵的允許吸上真空高度為6m，問上述安裝高度是否適宜？〔動壓頭可無視。水的密度可取1000kg.m 。此題目有題圖：titu062.bmp***答案***：d=108-2×4=100mm=0.1mA=(π/4)d =3.14×(1/4)×0.1 =0.785×10 mm.hmkwm1034.51.878.72030.82.607.230243.075.7流量揚程軸功率允許吸入真空度流量揚程軸功率允許吸入真空度此題目有題圖：titu065.bmp1－1，2－21－1截面為基準面，列柏努里方程得：H＝ΔZ＋∑Hf1-2＝18＋1＋3＝22m∴N軸＝QHρ/〔102η〕＝(30/3600)×22×1000/(102×0.6)＝3kwHg允＝Hs允－U /2ｇ－Hf吸＝6－1＝5m＞2m∵Hg實＜Hg允 ∴安裝高度適宜。

***答案***

此題目有題圖：titu066.bmp5.〔15分〕 題號2206 第2章 學問點130 難度較難如附圖所示，打算在蓄水池A的一側安裝一臺離心泵，將水輸送至列管換熱器B的殼程內作冷卻用，要求水的流量為18m .h ，水自換熱器出來后流進高位水槽C中，回收他用。：1〕蓄水池A水面標高3，高位槽C處進水管末端標高232輸水管為63.5mm的鋼管管路部份的壓頭損失∑hf＝19×U /〔2ｇ〕mH O，換熱器B殼程的壓力損失P73.U 〔2ｇkN.m 〔式中，U為管內流體流速，m.s 〕ρ水＝1000kg.m2B－31型離心泵，其性能參數如下表所示，試核算選用此泵是否適宜。

選擇計算截面1－1，2－2面如題圖所示；地平面為基準面。U ＝V /A＝18/3600/〔(π/4)(0.06-2×0.0035〕＝2.27m.sZ ＋P /ρｇ＋U /2ｇ＋He＝Z ＋P /ρｇ＋∑ｈf＋(－ΔP/ρｇ)P ＝P U ＝0He＝〔23-3〕＋(2.27 /(2×9.81))＋19×2.27 /(2×9.81)＋73.6×2.27 /(2×9.81)×1000/(1000×9.81)＝27.2mH O由2B－31型離心泵特性曲線圖查得：Q＝18m .h , He＝31.5m〔＞27.2〕且η＝62％，而ηmax＝65％65％×90％＝58.5％〔＜62％〕故此泵通用。6.〔12分〕22082章學問點130難度中等1.1的液體〔性質與水相近〕20m.h的流量由貯槽打到高位槽。兩槽均通大氣。位差為15m〔設液面保持不變〕管路全部壓頭損失為3m液柱，求泵的揚程和有效功率。今庫房有以下型號的離心泵，選用哪臺適宜？型號 流量m.h 揚程m2B31 20 30.82B31A 20 25.2

選2B31A型水泵。該泵Q＝20m .h H＝25.2＞23m7.〔15分〕22102章學問點130難度中等某廠預備用離心泵將20℃的清水以40m.h的流量由敞口的儲水池1kgf，塔頂水入口距水6m，吸入管和排出管的壓頭損失分別為1m和3m，管路內的動壓頭無視不計。當地的大氣壓為10.3m水柱，水的密度為1000kg.m?，F倉庫內存有三臺離心泵，其型號和銘牌上標有的性能參數如下，從中選一臺比較適宜的以作上述送水之用。型號流量〔m.h〕揚程〔m〕允許吸上真空度m3B33A2526.23B57A50387.03B3345326.03B1938205.0Z＋P /ρｇ＋U/2ｇ＋ｈ此題目有題圖：titu068.bmp＝Z ＋P/ρｇ＋U/2ｇ＋∑ｈf***答案***Z＝0，Z ＝6，P＝0，P＝1.0〔kgf〕***答案***1－1面，以塔頂為截面2－21－1***答案***1－1面，以塔頂為截面2－21－1面為基準面，列柏努利方程得：H＝ΔZ＋∑Hf ＝15＋8＝23mN有效＝ρQH/102＝1100×(20/3600)×23/102＝1.38KW

U ＝0∑ｈ＝ｈ ＋ｈ ＝4mｈ＝6＋9.8×10 /〔10 ×9.8〕＋4＝20 〔m〕∵ｈ＝20 〔m〕 V＝40 m .h選3B33較適宜。允許安裝高度Z 允=H 允-u /〔2g〕-∑h 吸=6.0-1=5m實際安裝高度Z 實=Z 允-0.5=5-0.5=4.5m8.〔12分〕22122章學問點130難度較難用一離心泵自水井抽水，井中水面漸漸下降，試問至多只允許水面下降到離泵軸線幾米處。假設泵為2B31，其流量為20m.h吸入管內徑為50mm0.2m液柱。附該泵性能參數流量揚程軸功率效率吸入真空度m .h m kw ％ m10 34.5 1.87 50.6 8.720 30.8 2.60 64 7.230 24 3.07 63.5 5.7〔注：假定隨著井中水面下降，泵的調整閥漸漸開大，能保證流量穩(wěn)定在20m .h 〕

井內水面上壓力為大氣壓H ＝7.2－0.41－0.2＝6.59 m當井內水面下降到離泵軸線6.59m處，即有可能開頭發(fā)生汽蝕。9.〔20分〕 題號2214 第2章 學問點130 難度較難欲用離心泵在兩敞口容器間輸液,該水泵銘牌標有：流量39.6m .h，揚程15m，軸功率2.02kw,80%，配用2.8kw電機，轉數1400r.min。今欲在以下狀況使用是否可以？如不行時承受什么措施才能滿足要求〔要用計算結果說明〕輸送比重為1.8的溶液，流量為38m .h ，揚程15m,〔2〕輸送比重為0.8的油類，流量40m .h ，程30m,〔3〕輸送比重為0.9的清液，流量為30m .h ，揚程15m***答案***電動機功率不夠N＝38/3600×15×1800/(102×0.8)＝3.5kW 換大電機揚程不夠H/H”＝〔ｎ/ｎ”〕 15/30＝〔1400/ｎ”〕 ｎ”＝1980***答案***增加ｎ＝1980轉/分。檢查功率：泵入口流速U＝20/3600/〔0.785×0.05 〕＝2.83 m.sN/N”＝〔ｎ/ｎ”〕2.02/N”＝〔1400/1980〕N”＝5.72kwU /2ｇ＝2.83 /〔2×9.81〕＝0.41m換一電機功率為5.72Kw，ｎ＝1980轉/分。泵的最大幾何安裝高度〔3〕可以使用。通過關小出口閥調整至工作點。H＝〔H〕－U/2ｇ－ｈ〔H〕＝7.210.〔15分〕22162章學問點143難度簡潔1200kg.m25m.h75mm30m120m，管件、閥門等的局部阻力為鋼管阻力的25％。試求泵的軸功率。假設：〔1〕摩擦系數λ0.02〕泵的效率η0.6***答案***Z ＋ｕ /2ｇ＋P /ρｇ＋H ＝Z ＋ｕ /2ｇ＋P /ρg+∑HZ ＝0，Z ＝30m，ｕ≈0，ｕ≈0，P ＝P∴H ＝Z ＋∑H ＝30＋∑H∑H ＝〔λ×ｌ/d×ｕ/2ｇ〕×1.25ｕ＝V/A＝25/〔3600×0.785×〔0.075〕〕＝1.573m.s∑H ＝〔0.03×120/0.075×1.573 /〔2×9.81〕×1.25＝7.567m鹽水柱H ＝30＋7.567＝37.567mN ＝Q H ρｇ＝25/3600×37.567×1200×9.81＝3071wN軸＝N /η＝3071/0.6＝5118w11.〔8分〕 題號2218 第2章 學問點130 難度中等現有一臺離心泵，銘牌上標出允許吸上真空度H ＝6m，用來輸送20℃的清水，吸入管路的全部阻力損失2.0mH O，當地大氣壓為10mH O，假設略去泵入口處的動壓頭。試計算此泵的允許安裝高g為多少米？***答案***

Hg＝Hs－U /2ｇ－∑ｈf＝6－2.0＝4.0m實際安裝高度H 實≤4-0.5=3.5m12.〔12分〕22202章學問點130難度中等流量12m.h，泵出口處壓力表讀數1.9a〔表，泵入口處真空表140mmHｇ，1.20kw2900轉/分，真空表與壓力0.9m，出口管與入口管直徑一樣。求：泵的壓頭H與效率η？〔無視兩測壓點間阻力損失〕***答案***H＝〔Z －Z 〕＋〔P －P 〕/ρｇ＋〔U －U 〕/2g＋∑ｈ∑ｈ 略 U ＝U1ａｔ＝9.81×10 N.m 1mmHｇ＝133.3N.m∴P ＝1.9×9.81×10 ＝1.864×10 N.mP ＝－140×133.3＝－1.866×10 N.m壓頭H＝0.9＋〔1.864×10 －〔－1.866×10 〕/(1000×9.81)＝21.8 〔m〕N ＝QHρｇ＝21.8×12/3600×1000×9.81＝712.80 〔ｗ〕η＝0.7128/1.2＝59.40％13.〔18分〕22222章學問點140難度較難用離心泵將原油從油庫沿管內徑為0.15m2公里(包括局部阻力的當量長度)的水平管送往煉油廠。輸油量為40m .h 。油泵的總效率為0.65，求泵的軸功率。某天，該油泵突然發(fā)生故障，于是開動一臺備用泵，其壓頭僅為原來泵的80%，問此泵能輸送原油多少m .h 。輸送條件,原油的密度為890kg.m ,粘度為0.4Pa.s。設油庫和煉油貯罐均為常壓。***答案***該題條件下,油泵所耗功率完全用于抑制管路阻力。⑴A=(π/4)(0.15) =0.0177mu=40/(3600×0.0177)=0.63m.sRe=duρ/μ=0.15×0.63×890/0.4=210(層流)λ=64/Re=64/210=0.304Hf=λ(l/d)(u /2g)=0.304×(2023/0.15)×[0.63 /(2×9.81)]=82.1mWs=40×890/3600=9.9kg.s∴N=82.1×9.81×9.9/(1000×0.65)=12.3kw⑵H′=0.8Hf=65.7m△Pf=65.7×9.81×890=5.736×10 N.m對于層流△Pf=32lμu/d∴u=△Pfd /(32lμ)

度9m。2、假設該泵適用，試估算該泵消耗的軸功率為多少kw？***答案***〔1〕該泵是否適用？∵Q =16.5m /h=16.5×1000/60=275L/min<280L/minH =△Z＋△P/ρg＋△u /2g＋H =9＋0.4×9.807×10 /1080×9.807＋0＋5=17.7m<H=18m 故該泵適用〔2〕求N，kwN=Q ×H ×ρ/102η=16.5×17.7×1080/〔102×0.65×3600〕=1.32kw15.〔20分〕題號22262章學問點123難度較難某廠需用一臺離心泵來輸送20℃的清水。輸水管路的管徑為120m，直管總長為40，管路裝置的升揚高度與靜壓頭增量之和，即-Z)+(P-P〕/(ρg)=0.5m4B20型離心泵，該泵是否適用于上述輸送任務？為什么？如不實行任何措施，而將該泵直接用于上述管路中，問這時實際得到的流量是多少？泵的揚程、軸功率和效率又是多少？〔附4B20離心泵特性曲線參數當量長∑L=35dλ=0.03。=5.736×10 ×0.15 /(32×2023×0.4)=0.504m.s***答案***V=3600×0.504×0.0177=32.1m .h〔1〕驗泵泵管路特性曲線方程He=K＋BQe14.〔15分〕 題號2224 第2章 學問點210難度中等某：K=〔Z -Z 〕＋P -P/ρg=10.5離心泵在高效率范圍內，當輸送量為280L.min 時，其產生的揚程是18m,η=0.65。問：1、該泵可否將密度1080kg.m ,流量為16.5m .h的液體從敞口貯槽輸送到壓力為0.4kgf (表壓〕的設備內？吸入管路和壓出管路〔包括出口處阻力〕阻力損失分別為1m和4m，升揚高

又B=〔lL/d＋ΣL /d)/2g(1000×π/4×d )=(0.03×40/0.12＋35)1/[2×9.807×(1000×π/40×0.12 )]=0.018∴He=10.5＋0.018Qe (式中Qe單位：L.s 〕當Qe=21L.s 時，H =10.5＋0.018×(21) =18.4m作圖知，該點〔21Ls ，18.4m)落在泵特性曲線〔Q～H線〕下方，且在高效區(qū)，故該泵適宜。〔2〕實際Q、H、N、η？該泵實際的Q、H、N、η由離心泵的特性曲線與管路特性曲線交點〔工作點〕打算,作管路特性曲線。列表如下：Qe,1/sHe,m由上數據在4B20離心泵的特性曲線工作圖，其交點M即為該泵實際工作點。由圖查得：流量Q=24L.s ，揚程H=20m，軸功率N=6.2kW,效率η=78%16.〔20分〕 題號2228 第2章 學問點200 難度中等今需選擇一臺適宜的水泵，將河中的水送至高位水槽中，輸送管道承受φ108×4mm的鋼管，管內流速2m.s ,管路特性曲線方程為H=22＋2.48×10 Q 〔式中Q的單位：m .s ),現倉庫有以下幾種型號的離心泵〔見附表。問1〕可否從中選用一臺適宜的使用；2〕此管路要求的升揚高度為多少mH 0,說明緣由〔3〕當地大氣壓為10mH 輸送水溫為20℃，試計算你所選用泵的安裝高度，設吸入管路和壓出管路的壓頭損失分別為1m和4m，動壓頭無視不計。泵號 一 二 三 四Qm .h 30 60 56 58Hm 20.5 50 28.8 30Hsm 5.7 5.6 6.9 4

〔1〕選泵Qe=π/4×d ×u=π/4×(0.1) ×2=0.016m .s=56.5m .hHe=22＋2.48×10 Q =22＋2.48×(0.016) =28.3m查表知，四號泵適宜，其Q=58m /hH=30m Hs=4m(2)升揚高度△Z∵K=△Z＋△P/(ρg)=22m而△P/(ρg)=(因河面與貯槽均與大氣相通〕∴升揚高度△Z=K=22m〔3〕安裝高度H安∵Hg=Hs”-u /(2g)-H 吸而H安=Hg-1m因Hs”=Hs=4m(t=20℃10mH O水〕：u /2g=0 H 吸=1m∴H安=4-1-1=2m即安裝高度最高不超過2m。17.〔20分〕 題號2230 第2章 學問點200 難度中等某車間排出的冷卻水，溫度388K,以42m .h 的流量流入貯水池，用一臺水泵連續(xù)地將此熱水從貯水池送至一涼水池上方的噴頭，熱水從噴頭噴出落到涼水池中進展冷卻。熱水在噴頭前要保持50kN.m 〔表壓〕的壓強，噴頭入口比貯水池水面高12m,吸入管路和壓出管路的阻力分別為0.5m和1m，水的密度近似1000kg.m ,大氣壓強為688mmHg,338K時水的飽和蒸汽為187.5mmH，管內的流體動壓頭無視不計。〕選擇一臺適宜的離心泵，〕估算該泵實際安裝高度。泵型號 Q,m .h H m N kw η% Hs m3B-333035.54.6062.57.0***答案***4532.65.5671.55.03.05.55.0

55 28 6.253B-19 32.4 21.5 2.5 7645 18.8 2.8852.2 15.6 2.96

又知：u /2g=0 Hf吸=0.5m68.2 ∴Hg=2.54-0.5=2.04m H安=2.04-(1～0.5)=1.04～1.54m即安裝高度不高于1.43m6.580 18.〔24分〕 題號2233 第2章 學問點120 難度中等某臺離心泵銘牌上列出的性能為：Q=11～25m .h ,H=21～16m,η75 =66.5%,H =6.4mN電=2.2kw1.4g的2℃液體〔其它物性與水相近，從貯槽內送到某一高位槽中，要求3B-19A29.517.41.86756.0的輸送量為32t.h,輸送流程如圖示，假設吸入管路和壓出管路的阻力39.6152.0280〔1〕此泵能否適用于此輸送流程？〔2〕圖中所5.048.6122.1574示的吸上高度是否恰當？〔吸上管路動壓頭可略3〕不要更換？4.5***答案***〔1〕選泵：Qe=42m.h又He=△Z＋△P/ρg＋△u /2g＋H=12＋50×1000/1000×9.807＋0＋(1＋0.5)=18.5m依Qe=42m .h ,He=18.5m查表選3B19泵適宜，其Q=45m .h , H=18.8m, Hs=5.5m(2〕估算安裝高度H安，m∵Hg=Hs”-u /2g-Hf吸 H安=Hg-(1-0.5)mHs”=Hs =Hs＋(Ha-10)-(H -0.24)

***答案***

此題目有題圖：titu192.bmp=5.5＋(688/735.6×10-10)-(187.5/735.6×10-0.24)=2.54(m)

〔1〕求此泵能否適用？：ρ=1.4g =1400kg.mQ =32×1000/1400=22.86m .h (Q=11～25m .h )H =△Z＋△p/ρg＋△u /2g＋H =12＋0＋0＋(1＋4)=17m(21～16m)因Q 、H 均在使用范圍內，故適用〔2〕驗吸液高度H安 Hg=Hs/-u /2g-∑H：u /2g=0∑H =1mH =6.4m而Hs =Hs×ρ水/ρ=6.4×1000/1400=4.57m∴Hg=4.57-1=3.57mH安=Hg－(0.5～1)=3.57－(0.5～1)=(3.07～2.57)>2m故吸液高度適宜。(2)驗電機 N電=〔1.1～1.2)N而N=Q H ρ/102η=22.86×17×1400/102×0.665×3600=2.23kw即N電=〔1.1～1.2)×2.23=(2.45～2.68)kw>2.2kw

***答案***〔1〕驗泵是否適宜

此題目有題圖：titu187.bmp故原配電機要更換19.〔20分〕 題號2235 第2章 學問點120 難度中等某廠預備選用一臺離心泵將貯液池的液〔液體比重1.4，其粘度與水相〕抽送至高位槽，要求輸送量29.4t.h 〔如附圖示。假設吸液管路和壓出管路的壓頭損失分別為1.5m和4m〔均已包括全部局部阻力在內?，F倉庫有一臺離心泵，其性能Q=22m .h ,H=18m,η=0.65，允許吸上真空度H =6.5m，配套電機功率N電=2.2kw：〔1〕此泵能否適用此輸送流程？〔2〕圖中的吸液高度是否適合〔外界大氣P=10mH 此泵的配套電機是否要更換？

Qe=29.4t/h=29.4×1000/1.4×1000=21m .h <Q=22m .h又He=△Z＋△P/ρg＋△u /2g＋Hf=(9.5＋2)＋0＋0＋(1.5＋4)=17m<H=18m 故該泵適宜〔2〕吸液高度H安∵Hg=Hs”-u /2g-H 吸 ：u /2g＋H 吸=1.5mHs =Hs=6.5m而Hs”=Hs ρ /ρ=6.5×1000/1400=4.64m∴Hg=4.64-1.5=3.14mH安=Hg-(1～0.5)=3.14-(1～0.5)=2.14～2.64m>2m故吸液高度適宜驗電機功率N電∵N=QHρ/102η=21×17×1400/102×0.65×3600=2.09kW∴N電=〔1.1～1.2)×2.09=2.3～2.5kW>2.2kW故該泵配套電機要換。20.〔24分〕 題號2237 第2章 學問點500 難度較難要向一常壓設備中輸送160℃的熱空氣，現將20℃，1at的空氣以30000kg.h 通過加熱器加熱至160℃，然后經管路排到常壓設備，空氣流經加熱器及管路的阻力〔包括出口損失〕所引起的壓強降為600mmHO(按20℃空氣計〔1〕將離心式通風機裝在加熱器之前，應選用