新版化工原理習題答案第二章流體輸送機械

1、第二章流體輸送機械1 用離心油泵將甲地油罐的油品送到乙地油罐。管路情況如本題附圖所示。啟動泵之前A C兩壓力表的讀數(shù)相等。啟動離心泵并將出口閥調至某開度時，輸油量為39 m/h，此時泵的壓頭為38 已知輸油管內徑為 100 mm摩擦系數(shù)為；油品密度為 810 kg/m3。試求（1 ）管路特性方程；（2）輸油管線的總長度（包括所有局部阻力當量長度）。習題1附圖解：（1）管路特性方程1-1 與2-2 截面，以水平管軸線為基準面，在兩截面之甲、乙兩地油罐液面分別取作 間列柏努利方程，得到He K Bq；由于啟動離心泵之前r* i=tPA=pC,于疋Z _=0gHeBq2HeH 38 m為吸入管內水的

2、流速，m/s）。離心泵的安裝高度為2.5 m實驗是在20 C, kPa的條件下3936002.2gdH2u用離心泵（轉速為le和出口壓力表的讀數(shù)分別為2_9.81_0.1_38 m=1960 m0.02 1.3822900 r/min ）進行性能參數(shù)測定實驗。在某流量下泵入口真空表 泵的軸功60 kPa和220 kPa,兩測壓口之間垂直距離為率為kW。泵吸入管和排出管內徑均為80 mm吸入管中流動阻力可表達為hf,o 13.0uf (U138/(39)2h7m5=x 10-2 h 2/m53He2.5 10 2q；（ qe 的單位為 m/h）（2）輸油管線總長度 l丄d 2gn一 0 01m/

3、s=1.38 m/s4進行。試計算泵的流量、壓頭和效率。解：(1)泵的流量由水池液面和泵入口真空表所在截面之間列柏努利方程式(池中水面為基準面)，得到2Pi Ui0 g乙hf,o i將有關數(shù)據(jù)代入上式并整理，得33.5u；60 102.5 9.8135.481000u13.184 m/s則q (n 0.082 3.184 3600) ni/h=57.61 m 3/h（6 220）何 0.5 m 29.04m1000 9.81(2) 泵的揚程H 已 H2 ho(3) 泵的效率Hqs g 29.04 57.61 1000 9.81 100%=68% 1000P3600 1000 6.7在指定轉速下

4、，泵的性能參數(shù)為：q=57.61 m 3/h H=29.04 m F= kWn =68%3對于習題2的實驗裝置，若分別改變如下參數(shù)，試求新操作條件下泵的流量、壓頭 和軸功率(假如泵的效率保持不變)。(1) 改送密度為1220 kg/m 3的果汁(其他性質與水相近)；(2) 泵的轉速降至 2610 r/mi n 。解：由習題 2 求得：q=57.61 m3/hH=29.04 m F= kW(1 )改送果汁 改送果汁后，q, H不變，F(xiàn)隨p加大而增加，即1220F F6.7 1.22kW=8.174kW1000(2)降低泵的轉速根據(jù)比例定律，降低轉速后有關參數(shù)為26103 h 51.85 ml h

5、q57.6 1m2900H29.042261023.52 mm2900p6.732610kW4.884kW29004.用離心泵(轉速為 2900 r/min )將20 C的清水以60 m3/h的流量送至敞口容器。 此流量下吸入管路的壓頭損失和動壓頭分別為2.4 m和0.61 m。規(guī)定泵入口的真空度不能大于64 kPa。泵的必需氣蝕余量為3.5 m試求(1)泵的安裝高度(當?shù)卮髿鈮簽?00 kPa);(2)若改送55 C的清水，泵的安裝高度是否合適。PaPlg(Hg2u12g64 1031000 9.81Hg 0.61 2.4解：(1)泵的安裝高度，得在水池液面和泵入口截面之間列柏努利方程式(水

6、池液面為基準面)H g 3.51m(2)輸送55 C清水的允許安裝高度55 C清水的密度為 985.7 kg/m 3,飽和蒸汽壓為kPa3則Hg 也 也(NPSH) Hf01= (100 15.733) 10(3.5 0.5) 2.4 m=231mg g,985.7 9.81原安裝高度(3.51 m )需下降1.5 m才能不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。5對于習題4的輸送任務，若選用3B57型水泵，其操作條件下(55 C清水)的允許吸上真空度為5.3 m，試確定離心泵的安裝高度。解：為確保泵的安全運行，應以55 C熱水為基準確定安裝高度。2U1Hg HS Hf015.3 0.612.42.29m2g泵的安裝高

7、度為2.0 m。6.用離心泵將真空精餾塔的釜殘液送至常壓貯罐。塔底液面上的絕對壓力為 kPa(即輸送溫度下溶液的飽和蒸汽壓 )。已知：吸入管路壓頭損失為 1.46 m泵的必需氣蝕余量為 2.3 m,該泵安裝在塔內液面下 3.0 m處。試核算該泵能否正常操作。解：泵的允許安裝高度為Hg 叢匹 NPSH Hf0 1g g,式中叢pv0g則Hg (2.30.5)1.46m-4.26m泵的允許安裝位置應在塔內液面下4.26m處，實際安裝高度為-3.0m，故泵在操作時可能發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。為安全運行，離心泵應再下移1.5 m。7 在指定轉速下，用 20 C的清水對離心泵進行性能測試，測得qH數(shù)據(jù)如本題附表所

8、示。習題7附表1q(m 3/mi n)0H/m37在實驗范圍內，摩擦系數(shù)變化不大，管路特性方程為23He 12 80.0qe (qe的單位為 m/min )試確定此管路中的 q、H和P( n =81%)習題7附圖解：該題是用作圖法確定泵的工 作點。由題給實驗數(shù)據(jù)作出 qH曲線。 同時計算出對應流量下管路所要求的 H,在同一坐標圖中作 qeH曲線，如 本題附圖所示。兩曲線的交點 M即泵在此管路中.3的工作點，由圖讀得 q=0.455 m/min , H=29.0 m，則Hqs29.0 O.455 100 kw= kW102 60 102 0.81習題7 附表2qe / (m 3/min)0H /

9、m注意：在低流量時，qH曲線出現(xiàn)峰值。&用離心泵將水庫中的清水送至灌溉渠，兩液面維持恒差8.8 m，管內流動在阻力平方區(qū)，管路特性方程為He 8.8 5.2 105q2（qe的單位為 ni/s ）單臺泵的特性方程為523H 284.2 10 q （q 的單位為 m/s ）試求泵的流量、壓頭和有效功率。解：聯(lián)立管路和泵的特性方程便可求泵的工作點對應的q、H,進而計算 R。管路特性方程He 8.8 5.2 105q2泵的特性方程H 28 4.2 105q2、33聯(lián)立兩方程，得到q=x 10 m/sH=19.42 m則Fe Hqs g 19.42 4.52 10 3 1000 9.81 W=861

10、W9. 對于習題8的管路系統(tǒng)，若用兩臺規(guī)格相同的離心泵（單臺泵的特性方程與習題8相同）組合操作，試求可能的最大輸水量。解：本題旨在比較離心泵的并聯(lián)和串聯(lián)的效果。（1）兩臺泵的并聯(lián)8.8 5.2 105q228 4.2 105（q）22解得：q=x 10 m/s=19.95 m /h兩臺泵的串聯(lián)52528.85.2 10 q 2 （284.210 q ）333解得：q=x 10 m/s=21.2 m /h在本題條件下，兩臺泵串聯(lián)可獲得較大的輸水量21.2 m 3/h。10. 采用一臺三效單動往復泵，將敞口貯槽中密度為1200 kg/m 3的粘稠液體送至表壓為x 103 kPa的高位槽中，兩容器中

11、液面維持恒差8 m,管路系統(tǒng)總壓頭損失為4 m。已知泵-1的活塞直徑為70 mm,沖程為225 mm,往復次數(shù)為200 min ，泵的容積效率和總效率分別 為和。試求泵的流量、壓頭和軸功率。解：（1）往復泵的實際流量q 3 vASq3 0.96 - 0.072 0.225 200 mi/min=0.499 m 3/min4泵的揚程H H泵的軸功率(8但忖1200 9.814) m=149.6 mHqs 149.6 0.499 1200 kw= kW10260 102 0.9111. 用離心通風機將 50 C、kPa的空氣通過內徑為 600 mm總長105 m （包括所有局 部阻力當量長度）的水

12、平管道送至某表壓為1 x 104 Pa的設備中?？諝獾妮斔土繛閤 104 m/h。摩擦系數(shù)可取為。 現(xiàn)庫房中有一臺離心通風機，其性能為：轉速1450 min-1 ,風量x 104 ni/h ,風壓為x 104 Pa。試核算該風機是否合用。解：將操作條件的風壓和風量來換算庫存風機是否合用。Ht(P2 P1)hfPm101300 1_1 Pa=106300Pa21.205106300 293kg/m3=1.147 kg/m 3101330 323HtVs Pvn . 2-d Pm41 10415000 10130036001.147m/s=14.40 m/sn0.621063000.0175遁10.62I4凹 Pa=10483 Pa2Ht104832 Pa=10967 Pa1.147庫存風機的風量 q=x 104 m/h，風壓Hr=x 104 Pa均大于管路要求(qe=x 104 mVh , Hr=10967Pa）,故風機合用。12. 有一臺單動往復壓縮機， 余隙系數(shù)為，氣體的入口溫度為20 C ,絕熱壓縮指數(shù)為, 要求壓縮比為9，試求（1）單級壓縮的容積系數(shù)和氣體的出口溫度；（2）兩級壓縮的容積系數(shù)和第一級氣體的出口溫度； （3）往復壓縮機的壓縮極限。