第二章化工基础学习知识原理修订版天津大学

-!流体输送机械习题1.在用水测定离心泵性能的实验中，当流量为26m3/h时，泵出口处压强和入口处真空表的读数分别为152kPa和24.7kPa，轴功率为2.45kW，转速为2900r/min。若真空表和压强表两测压口间的垂直距离为0.4m，泵的进、出口管径相同，两测压口间管路流动阻力可忽略不计。试计算该泵的效率，并列出该效率下泵的性能。解：在真空表和压强表测压口处所在的截面和间列柏努利方程，得其中：(表压)则泵的有效压头为：泵的效率该效率下泵的性能为：2.用某离心泵以40m3/h的流量将贮水池中65℃的热水输送到凉水塔顶，并经喷头喷出而落入凉水池中，以达到冷却的目的。已知水在进入喷头之前需要维持49kPa的表压强，喷头入口较贮水池水面高8m。吸入管路和排出管路中压头损失分别为lm和5m，管路中的动压头可以忽略不计。试选用合适的离心泵，并确定泵的安装高度。当地大气压按101.33kPa计。解：在贮槽液面与喷头进口截面之间列柏努利方程，得其中：根据，，输送流体为水，在型水泵系列特性曲线上做出相应点，该点位于型泵弧线下方，故可选用(参见教材113页），其转速为，由教材附录24(1)查得该泵的性能，，，，，必需气蚀余量由附录七查得时，泵的允许安装高度3.常压贮槽内盛有石油产品，其密度为760kg/m3，黏度小于20cSt，在贮存条件下饱和蒸气压为80kPa，现拟用65Y-60B型油泵将此油品以15m3/h的流量送往表压强为177kPa的设备内。贮槽液面恒定，设备的油品入口比贮槽液面高5m，吸入管路和排出管路的全部压头损失分别为1m和4m。试核算该泵是否合用。若油泵位于贮槽液面以下1.2m处，问此泵能否正常操作?当地大气压按101.33kPa计。解：要核算此泵是否合用，应根据题给条件计算在输送任务下管路所需压头的值，然后与泵能提供的压头数值比较。由本教材的附录24(2)查得65Y-60B泵的性能如下：，，，，，在贮槽液面与输送管出口外侧截面间列柏努利方程，并以截面为位能基准面，得其中，将以上数值代入前述方程，得完成流体输送任务所需的压头为所需流量，符合要求。由已知条件确定此泵是否合用应核算泵的安装高度，验证能否避免气蚀。由柏努利方程，完成任务所需的压头：泵的安装高度低于安装高度，故此泵能正常使用。4.欲用例2-2附图所示的管路系统测定离心泵的气蚀性能参数，则需在泵的吸入管路中安装调节阀门。适当调节泵的吸入和排出管路上两阀门的开度，可使吸入管阻力增大而管内流量保持不变。若离心泵的吸入管直径为100mm，排出管直径为50mm，孔板流量计孔口直径为35mm，测得流量计压差计读数为0.85mHg，吸入口真空表读数为550mmHg时，离心泵恰发生气蚀现象，试求该流量下泵的气蚀余量和允许吸上真空度。已知水温为20℃，当地大气压为760mmHg。解：查得时，由，由教材()第一章图1-33，得可知，通过孔板流量计孔口的流速为：由于各段体积流量相等。则出口管路中流体的速度为，校核雷诺数，故是常数。水在进口管路中的流速气蚀余量允许吸上真空度，5.用3B33A型离心泵从敞口水槽中将70℃清水输送到它处，槽内液面恒定。输水量为35～45m3/h，在最大流量下吸入管路的压头损失为1m，液体在吸入管路的动压头可忽略。试求离心泵的允许安装高度。当地大气压98.1kPa。在输水量范围下泵的允许吸上真空度为6.4m和5.0m。解：由附录查得操作条件下清水的饱和蒸汽压，将已知的换算后代入便可求出。由附录可知时，由此可知泵的允许装高度为6.用离心泵从敞口贮槽向密闭高位槽输送清水，两槽液面恒定。输水量为40m3/h。两槽液面间垂直距离为12m，管径为，管长(包括所有局部阻力的当量长度)为100m，密闭高位槽内表压强为9.81×104Pa，流动在阻力平方区，摩擦系数为0.015，试求：(1)管路特性方程；(2)泵的压头。解：(1）以贮槽液面为，并作为位能基准面，以高位槽液面为，在和之间列柏努利方程，得其中：代入上述数据可得管路摩擦阻力损失(以为单位）(2）将代入以为单位的计算式7.用水对某离心泵做实验，得到下列各实验数据：Q/(L/min）0100200300400500H/m37.2383734.531.828.5泵输送液体的管路管径为76mm×4mm、长为355m(包括局部阻力的当量长度)，吸入和排出空间为常压设备，两者液面间垂直距离为4.8m，摩擦系数可取为0.03。试求该泵在运转时的流量。若排出空间为密闭容器，其内压强为129.5kPa(表压)，再求此时泵的流量。被输送液体的性质与水的相似。解：(1)在贮水池液面和输水管出口内侧列柏努利方程，得其中：(以为单位）由此可得到管路特性方程：(1）泵的性能参数见表1。由表1的数据绘制如下的管路特性曲线，两曲线的焦点即为泵的工作点，此时即(2）在贮水池液面和管路出口液面上方之间列柏努利方程，得其中：，，，重复(1)绘制管路特性曲线的步骤，数如由表(1)最后一行所示。此管路特性曲线与泵特性曲线交点即为新的工作点。表(1）离心泵的性能参数Q01002003004005000.001.673.3356.678.3337.8383734.531.828.54.86.511.5620.0431.9347.111819.724.7633.2445.1360.31习题7附图8.用两台离心泵从水池向高位槽送水，单台泵的特性曲线方程为；管路特性曲线方程可近似表示为，两式中Q的单位为m3/s，H的单位为m。试问两泵如何组合才能使输液量大?(输水过程为定态流动)解：两泵并联时，流量加倍，压头不变，故并联泵的特性曲线方程为并令并，可求得并联泵的流量，即，解得两台泵串联时，流量不变，压头加倍，故串联泵的特性曲线方程为串同理，，解得结果表明，并联泵的流量高于串联泵的流量。9.现采用一台三效单动往复泵，将敞口贮罐中密度为1250kg/m3的液体输送到表压强为1.28×106Pa的塔内，贮罐液面比塔入口低10m，管路系统的总压头损失为2m。已知泵的活塞直径为70mm，冲程为225mm，往复次数为200min-1，泵的总效率和容积效率分别为0.9和0.95。试求泵的实际流量、压头和轴功率。解：(1)三效单动往复泵的实际流量其中，为泵的容积效率，其值为0.95，，所以，(2)在贮罐液面及输送管路出口外侧截面间列伯努利方程，并以贮罐液面为位能基准面，得其中，(表压)(表压)所以管路所需的压头应为泵所提供，所以泵的压头为116.4m。(3)往复泵的轴功率计算与离心泵相同，则10.已知空气的最大输送量为14500kg/h，在最大风量下输送系统所需的风压为1.28×106Pa(以风机进口状态计)。由于工艺条件的要求，风机进口与温度为40℃、真空度为196Pa的设备连接。试选择合适的离心通风机。当地大气压强为93.3kPa。解：由题知，由附录25知可采用4－72－11No.8C型离心通风机，性能如下：，，，，11.15℃的空气直接由大气进入风机，再通过内径为800mm的水平管道送到炉底，炉底的表压为10.8kPa。空气输送量为20000m3/h(进口状态汁)，管长为100m(包括局部阻力的当量长度)，管壁绝对粗糙度可取为0.3m。现库存一台离心通风机，其性能如下表所示。核算此风机是否合用?当地大气压为101.33kPa。转速/(r/min)风压/Pa风量/(m3/h)14501265021800解：离心机的风速为：查得时，，则又查图知，其阻力损失压降全风压风量(符合）由上面，此风机合用。12.某单级双缸双动空气压缩机，活塞直径为300mm，冲程为200mm，每分钟往复480次。压缩机的吸气压强为9.807×104Pa，排气压强为34.32×104Pa。试计算该压缩机的排气量和轴功率。假设汽缸的余隙系数为8%，排气系数为容积系数的85%，绝热总效率为0.7。空气的绝热指数为1.4。解：往复压缩机的排气量，其中：，，，将此数据代入上式可得到：所需的轴功率其中：13．用三级压缩把20℃的空气从98.07×103Pa压缩到62.8×103Pa，设中间冷却器能把送到后一级的空气冷却到20℃，各级压缩比相等。试求：(1)在各级的活塞冲程及往复次数相同情况下，各级汽缸直径的比;(2)三级压缩所消耗的理论功(按绝热过程考虑，空气的绝热指数为1.4，并以lkg计)。解：(1）每级的压缩比可由下式计算则有，，即所以(2)其中：，，，代入上式得