化工原理輸送機(jī)械習(xí)題(含答案)

10m2m2－1用泵將20℃水從敞口貯槽送至表壓為2×105Pa的密閉容器，兩槽液面均恒定不變，各部分相對位置如圖所示。輸送管路尺寸為108×4mm的無縫鋼管，吸入管長為20m，排出管長為100m（各段管長均包括所有局部阻力的當(dāng)量長度）。當(dāng)閥門全開時，真空表讀數(shù)為30000Pa，兩測壓口的垂直距離為0.5m12(1)閥門全開時管路的流量(m3h－1)；(2)泵出口壓強(qiáng)表讀數(shù)（Pa）；(3)泵的壓頭（m）；(4)若離心泵運(yùn)行一年后發(fā)現(xiàn)有氣縛現(xiàn)象，試分析其原因。解：（1）閥門全開時管路的流量(m3/h)；在貯槽液面0-0′與真空表所在截面1-1′間列柏努利方程。以0-0′截面為基準(zhǔn)水平面，有：(2)壓強(qiáng)表讀數(shù)（Pa）；在壓力表所在截面2-2′與容器液面3-3′間列柏努利方程。仍以0-0′截面為基準(zhǔn)水平面，有：（3）泵的壓頭（m）；（3）若離心泵運(yùn)行一年后發(fā)現(xiàn)有氣縛現(xiàn)象，原因是進(jìn)口管有泄漏。2－2如圖所示，用某離心泵將水從一敞口水池輸送到另一高位槽中，高位槽的壓力為0.2kgf/m2，要求送水量為每小時50m3，管路總長（包括所有局部阻力的當(dāng)量長度）為150m，吸入管和排出管路均Ф108×4mm的光滑管，當(dāng)Re=3000~106時，管路的摩擦系數(shù)λ=0.3164Re-0..25試求：（1）該泵的揚(yáng)程和軸功率。已知泵的效率為65%，水的密度為1000kgm-3，水的粘度為1×10-3Pa（2）若閥門開度不變，該泵現(xiàn)改為輸送密度為1200kgm-3某液體，（該液體的其他物性可視為與水相同）。試說明：①流量有無變化？②揚(yáng)程有無變化？③離心泵的軸功率習(xí)題2－2附圖解：（1）代入有關(guān)數(shù)據(jù)得：u=1.769m/s，Re=176900湍流=0.01542在兩液面列柏努利方程代入有關(guān)數(shù)據(jù)得：∑hf1-2=3.689mH2O，He=We/g=25.69m，N=5.38kW(2)泵特性曲線H＝A-BQ，與密度無關(guān)，H～Q不變管路特性曲線H＝H0+f（Q），密度增大H0減小，曲線下移，因此密度增大，工作點(diǎn)向右下方移動，流量增大，壓頭減小。密度增大，軸功率增大2－3欲用離心泵將常壓和20℃水（飽和蒸氣壓為0.24mH2O柱）以30m3h－1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2mH2O柱，壓出管路全部阻力為3mH2O柱，若已知泵的允許氣蝕余量為7m，問上述安裝高度是否合適？水的密度可取1000kg.m-3。若改為輸送80℃水，其他條件不變，泵的安裝高度是否合適？（80℃水的飽和蒸解：泵的允許安裝高度安裝高度不合適改為輸送80℃水安裝高度不合適2－5圖示離心泵管路系統(tǒng)，將水從低位槽送往高位槽，吸入管（泵前）直徑d1=80mm,長l1=6m,摩擦系數(shù)λ1=0.02。排出管（泵后）直徑d2=60mm,長l2=13m,摩擦系數(shù)λ2=0.03，在排出管C處裝有閥門，其局部阻力系數(shù)ζ＝6.4，吸入管路和排出管路各有一個90o彎頭，ζ=0.75。管路兩端水面高度差H＝10m，泵進(jìn)口高于水面2m，管內(nèi)水流量為12Ls－1。試求：（1）每kg流體需從泵獲得多少機(jī)械能（泵的有效功W）？(2)泵進(jìn)、出口斷面的壓強(qiáng)PA和PB各為多少？(3)如果是高位槽中的水沿同樣管路向下（低位槽）流出，管內(nèi)流量不變，問是否需要安裝離心泵？習(xí)題2－5附圖解：(1)泵吸入管內(nèi)的流速為u1＝泵壓出管內(nèi)的流速為u2＝在斷面1-1和2-2之間列機(jī)械能衡算式，并移項整理得（2）以斷面1-1為基準(zhǔn)，在斷面1-1和A之間列機(jī)械能衡算式可得在斷面B和2-2之間列機(jī)械能衡算式可得(3)在斷面2-2和1-1之間列機(jī)械能衡算式，可求得沿同一管路（無泵）輸送同樣流量所需要的勢能差為：

管路兩端流體的實(shí)際勢能差為因所以單靠勢能差是不足以克服管路在規(guī)定流量下的阻力，所差部分需要由輸送機(jī)械提供.2－8一水泵的名牌上標(biāo)有：流量39.6m3h－1，揚(yáng)程15m，軸功率2.02kW若不可以，采用什么具體措施才能使之滿足要求？（用計算說明）（1）輸送密度為1800kgm-3溶液，流量為38m3h－1（2）輸送密度為800kgm-3油，流量為40m3h－1（3）輸送密度為900kgm-3的清液，流量為30m3h－1、揚(yáng)程為15m，在輸送溫度下此液體的飽和蒸汽壓為380mmHg，吸入管路阻力為0.8kgfcm－2，允許氣蝕余量為2m。大氣壓為10解：（1）泵的流量和揚(yáng)程滿足要求，所需要的軸功率為N＝HQg/=153818009.81/36000.8=3490W配備的電機(jī)容量不夠，只有泵的機(jī)械強(qiáng)度允許，可以換一臺電機(jī)（5KW）即可。電機(jī)容量＝3490/（2.02/2.8）＝4839W(2)流量與揚(yáng)程均超過泵的允許值，所以功率也不足，可以通過提高泵的轉(zhuǎn)數(shù)完成任務(wù)，H’/H=(n’/n)2n’=1400(30/15)1/2=1980轉(zhuǎn)/分鐘此時泵的流量為Q’=Q(n’/n)=39.6(30/15)1/2=56m3h－1泵的軸功率為N’=N(n’/n)3=2.02(30/15)3/2=5.71kW當(dāng)泵的強(qiáng)度許可，將轉(zhuǎn)數(shù)提到每分鐘1980轉(zhuǎn)，并換一臺容量較大電機(jī)（8kW）。（3）