新版化工原理習(xí)題答案(02)第二章流體輸送機(jī)械

1、第二章流體輸送機(jī)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(dòng)泵之前A、C兩壓力表的讀數(shù)相等。啟動(dòng)離心泵并將出口閥調(diào)至某開(kāi)度時(shí)，輸油量為39 m3/h,此時(shí)泵的壓頭為 38 m。已知輸油管內(nèi)徑為 100 mm,摩擦系數(shù)為；油品密度為 810 kg/m 3 試求（1）管路特性方程；（2）輸油管線的總長(zhǎng)度（包括所有局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度）。解：（1）管路特性方程甲、乙兩地油罐液面分別取作1-1'與2-2'截面，以水平管軸線為基準(zhǔn)面，在兩截面之間列柏努利方程，得到2He K Bq：由于啟動(dòng)離心泵之前 PA=PC,于是K Z =0 g則He Bq 2又He H 3

2、8mB 38/(39)2h2/m5=x 10 2 h2/m 5則 He 2.5 10 2q2 (qe 的單位為 m3/h)（2）輸油管線總長(zhǎng)度l le u2393600d 2g，0.01 m/s=1.38 m/s42gdH 2 9.81 0.1 38十l le¥ 22m=1960 mu 0.02 1.382 .用離心泵（轉(zhuǎn)速為2900 r/min ）進(jìn)行性能參數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)。在某流量下泵入口真空表和出口壓力表的讀數(shù)分別為60 kPa和220 kPa,兩測(cè)壓口之間垂直距離為0.5 m,泵的軸功率為kW。泵吸入管和排出管內(nèi)徑均為80 mm ,吸入管中流動(dòng)阻力可表達(dá)為hf0 1 3.0u2（5

3、kPa的條件下為吸入管內(nèi)水的流速，m/s）。離心泵的安裝高度為 2.5 m,實(shí)驗(yàn)是在20 C,進(jìn)行。試計(jì)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(zhǔn)面），得到2h f ,0 1Pl Ui一22將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式并整理，得23.5U12360 10310002.5 9.8135.4864 kPa。泵的必需氣蝕余量為3.5 m。試求（1）泵的安裝高度（當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?00 kPa）; （2）U1 3.184 m/s貝Uq (: 0.082 3.184 3600) m3/h=57.61 m 3/h(2)泵的揚(yáng)程(60 220) 103H

4、H1 H2 h0 0.5 m 29.04m1000 9.81(3)泵的效率見(jiàn)出 29.04 57.61 可。9.81 100%=68% 1000P3600 1000 6.7在指定轉(zhuǎn)速下，泵的性能參數(shù)為：q=57.61 m3/h H=29.04 m P= kW 68%3 .對(duì)于習(xí)題2的實(shí)驗(yàn)裝置，若分別改變?nèi)缦聟?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(zhì)與水相近）；（2）泵的轉(zhuǎn)速降至 2610 r/min。解：由習(xí)題 2 求得：q=57.61 m3/h H=29.04 m P= kW（1）改送果汁改送果汁后，q, H

5、不變，P隨p加大而增加，即1220P P 6.7 1.22kW=8.174kW1000（2）降低泵的轉(zhuǎn)速根據(jù)比例定律，降低轉(zhuǎn)速后有關(guān)參數(shù)為26103 .3q 57.61m h 51.85 m . h29002H 29.04 竺10 m 23.52 m290032610 P 6.7kW 4.884kW29004 .用離心泵（轉(zhuǎn)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(dòng)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若改送55 C的清水，泵的安裝高度是否合適。解：（1）泵的安裝高度在水池液面和泵入口截面之間列柏努

6、利方程式（水池液面為基準(zhǔn)面）uj-Hf,0 1)2g_364 1031000 9.81Hq 0.61 2.4 gHg 3.51 m（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/m3,飽和蒸汽壓為kPa3Pa Pv（100 15.733） 103cc,Ha （NPSH） Hf0 1= （3.5 0.5） 2.4 m=2.31mg,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(duì)于習(xí)題4的輸送任務(wù)，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(yùn)行，

7、應(yīng)以 55 C熱水為基準(zhǔn)確定安裝高度。2 U1 HqHS Hf015.3 0.61 2.42.29mg S2g f,0 1泵的安裝高度為2.0 m。6 .用離心泵將真空精儲(chǔ)塔的釜?dú)堃核椭脸嘿A罐。塔底液面上的絕對(duì)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(nèi)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HgPa gPv NPSH Hf,0 1式中Pa pv 0g則Ha （2.3 0.5） 1.46m -4.26mg泵的允許安裝位置應(yīng)在塔內(nèi)液面下4.26m處，實(shí)際安裝高度為-3.0m,故泵

8、在操作時(shí)可能發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。為安全運(yùn)行，離心泵應(yīng)再下移1.5 m。7 .在指定轉(zhuǎn)速下，用20 C的清水對(duì)離心泵進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)彳導(dǎo)qH數(shù)據(jù)如本題附表所示。習(xí)題7附表1q(m3/min)0H /m37在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，摩擦系數(shù)變化不大，管路特性方程為He 12 80.0q： (qe 的單位為 m3/min )試確定此管路中的 q、H和P（81%）習(xí)題7附圖解：該題是用作圖法確定泵的工作點(diǎn)。由題給實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出qH曲線。同時(shí)計(jì)算出對(duì)應(yīng)流量下管路所要 求的He,在同一坐標(biāo)圖中作 qeHe曲 線，如本題附圖所示。400 1111100.10.20.30.40.5兩曲線的交點(diǎn) M即泵在此管路中 的工作點(diǎn)，由圖讀

9、得 q=0.455 m3/min, H=29.0 m,則習(xí)題7附圖 q / (m 3/min)0 29.0 0.455 1000 kw= kw10260 102 0.81習(xí)題7 附表2qe / (m 3/min)0He/m注意：在低流量時(shí)，qH曲線出現(xiàn)峰值。8.用離心泵將水庫(kù)中的清水送至灌溉渠，兩液面維持恒差8.8 m,管內(nèi)流動(dòng)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 m3/s）單臺(tái)泵的特性方程為H 28 4.2 105 q2（q 的單位為 m3/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(diǎn)對(duì)應(yīng)的q、H,進(jìn)而計(jì)算Pe。管路特性

10、方程He 8.8 5.2 105 q2泵的特性方程H28 4.2 105q2聯(lián)立兩方程，得到q=x 10 3 m3/s H=19.42 m3貝UPe Hqs g 19.42 4.52 101000 9.81W=861 W9.對(duì)于習(xí)題8的管路系統(tǒng)，若用兩臺(tái)規(guī)格相同的離心泵（單臺(tái)泵的特性方程與習(xí)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(tái)泵的并聯(lián)8.8 5.2 105 q2 28 4.2 105 （q）22解得:q=x 10 3 m3/s=19.95 m 3/h(2)兩臺(tái)泵的串聯(lián)52528.8 5.2 10 q 2 (28 4.2 10 q )解得

11、：q=x 10 3 m3/s=21.2 m3/h在本題條件下，兩臺(tái)泵串聯(lián)可獲得較大的輸水量21.2 m3/h。10.采用一臺(tái)三效單動(dòng)往復(fù)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 103kPa的高位槽中，兩容器中液面維持恒差8 m,管路系統(tǒng)總壓頭損失為4 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(fù)泵的實(shí)際流量q 3 vASrr 3 0.96 - 0.072 0.225 200m3/min=0.499 m 3/min1 4(2)泵的揚(yáng)程1.62 106H H

12、e (8 4) m=149.6 m1200 9.81(3)泵的軸功率p 2 - 0.499 叫亞二 kw10260 102 0.9111 .用離心通風(fēng)機(jī)將 50 C、 kPa的空氣通過(guò)內(nèi)徑為 600 mm,總長(zhǎng)105 m (包括所有 局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度)的水平管道送至某表壓為1X104Pa的設(shè)備中。空氣的輸送量為x 104m3/h。摩擦系數(shù)可取為。現(xiàn)庫(kù)房中有一臺(tái)離心通風(fēng)機(jī)，其性能為：轉(zhuǎn)速 1450 min-1,風(fēng)量X 104 m 3/h ,風(fēng)壓為x 104 Pa。試核算該風(fēng)機(jī)是否合用。解：將操作條件的風(fēng)壓和風(fēng)量來(lái)?yè)Q算庫(kù)存風(fēng)機(jī)是否合用。2Ht (P2 P1) hf2_ 41 104Pm101300

13、 Pa=106300Pa1.2050 293kg/m3=1.147 kg/m3101330 323HtVsPv2-d Pm41 10415000 10130036001.147m/s=14.40 m/s40.621063000.01752105 /14.401 Pa=10483 Pa0.62HT 10483 12-Pa=10967 Pa1.147庫(kù)存風(fēng)機(jī)的風(fēng)量q=x104 m3/h,風(fēng)壓Ht= x 104Pa均大于管路要求(qe=x104 m3/h , Ht=10967 Pa),故風(fēng)機(jī)合用。12 .有一臺(tái)單動(dòng)往復(fù)壓縮機(jī)， 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(jí)壓縮的容積系數(shù)和氣體的出口溫度；(2)兩級(jí)壓縮的容積系數(shù)和第一級(jí)氣體的出口溫度； (3)往復(fù)壓縮機(jī)的壓縮極限。解：(1)單級(jí)壓縮的容