化工原理(第四版)习题解 第二章 流体输送机械

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1、23第二章 流体输送机械离心泵特性【 2-1】 某 离 心 泵 用 15 的 水 进 行 性 能 实 验 ， 水 的 体 积 流 量 为 540m3/h， 泵 出 口 压 力 表读 数 为 350kPa， 泵 入 口 真 空 表 读 数 为 30kPa。 若 压 力 表 与 真 空 表 测 压 截 面 间 的 垂 直 距 离 为350mm， 吸 入 管 与 压 出 管 内 径 分 别 为 350mm 及 310 mm， 试 求 泵 的 扬 程 。解 水 在 15 时 ， 流 量./97kg/Vqh4压 力 表 真 空 表 （ 表 压 ）30MpkPaVpPa压 力 表 与 真 空 表 测 压

2、点 垂 直 距 离 0.35hm管 径 .120351dm流 速 /./(.)122461503Vqusd./12691ms扬 程 20MVpuhg()(.(.).332250915697818.m 【 2-2】 原 来 用 于 输 送 水 的 离 心 泵 现 改 为 输 送 密 度 为 1400kg/m3 的 水 溶 液 ， 其 他 性 质 可视 为 与 水 相 同 。 若 管 路 状 况 不 变 ， 泵 前 后 两 个 开 口 容 器 的 液 面 间 的 高 度 不 变 ， 试 说 明 ： (1)泵 的 压 头 （ 扬 程 ） 有 无 变 化 ； (2)若 在 泵 出 口 装 一 压 力

3、表 ， 其 读 数 有 无 变 化 ； (3)泵 的 轴 功 率有 无 变 化 。解 (1)液 体 密 度 增 大 ， 离 心 泵 的 压 头 （ 扬 程 ） 不 变 。 （ 见 教 材 ）(2)液 体 密 度 增 大 ， 则 出 口 压 力 表 读 数 将 增 大 。(3)液 体 密 度 增 大 ， 则 轴 功 率 将 增 大 。VqgHP【 2-3】 某 台 离 心 泵 在 转 速 为 1450r/min 时 ， 水 的 流 量 为 18m3/h， 扬 程 为 20m(H2O)。试 求 ： (1)泵 的 有 效 功 率 ， 水 的 密 度 为 1000kg/m3; (2)若 将 泵 的 转

4、 速 调 节 到 1250r/min 时 ，泵 的 流 量 与 扬 程 将 变 为 多 少 ？解 (1)已 知 /, /VqmhH3 382 24有 效 功 率 .eVPqgHW180912836(2) 转 速 时 流 量 ， 扬 程 柱/min145nr3Vqmh120m HO转 速 /i20流 量 ./3218154Vnqh扬 程 柱.2221 209m HOHn管路特性曲线、工作点、等效率方程【 2-4】 用离心泵将水由敞口低位槽送往密闭高位槽，高位槽中的气相表压为 98.1kPa，两槽液位相差 4m 且维持恒定。已知输送管路为 45mm2.5mm，在泵出口阀门全开的情况下，整个输送系统

5、的总长为 20m（包括所有局部阻力的当量长度） ，设流动进入阻力平方区，摩擦系数为0.02。在输送范围内该离心泵的特性方程为 （ 的单位为 m3/s，H 的单位为 m） 。528610VHq水的密度可取为 1000kg/m3。试求：（ 1）离心泵的工作点；（2）若在阀门开度及管路其他条件不变的情况下，而改为输送密度为 1200 kg/m3 的碱液，则离心泵的工作点有何变化？解 （1）管路特性方程 20VHkq其中 3098.140=4pHzg525258. 3.210.80elkd故管路特性方程 5143.Vq离心泵特性方程 522860H两式联立 552143.1VVqq得工作点下的流量与压

6、头，3.8910/Vqms18.92Hm（2）当改送密度为 1200 kg/m3 的碱液时，泵特性方程不变，此时管路特性方程30 .412.12098pHzg流动进入阻力平方区，且阀门开度不变，则 k 不变。因此管路特性方程变为5212.3Vq25将该方程与泵特性方程联立 525228610.310VVqq得新工作点下流量及压头， 34.120/Vqms17.8Hm【 2-5】 在 一 化 工 生 产 车 间 ， 要 求 用 离 心 泵 将 冷 却 水 由 贮水 池 经 换 热 器 送 到 另 一 敞 口 高 位 槽 ， 如 习 题 2-5 附 图 所 示 。已 知 高 位 槽 液 面 比 贮

7、 水 池 液 面 高 出 10m， 管 内 径 为75mm， 管 路 总 长 （ 包 括 局 部 阻 力 的 当 量 长 度 在 内 ） 为400m。 流 体 流 动 处 于 阻 力 平 方 区 ， 摩 擦 系 数 为 0.03。 流 体 流经 换 热 器 的 局 部 阻 力 系 数 为 。32离 心 泵 在 转 速 时的 特 性 曲 线 数 据 见/minnr90VHq下 表 。 /31Vqms0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008H26 25.5 24.5 23 21 18.5 15.5 12 8.5试 求 ： (1)管 路 特

8、性 方 程 ； (2)工 作 点 的 流 量 与 扬 程 ； (3)若 采 用 改 变 转 速 的 方 法 ， 使 第(2)问 求 得 的 工 作 点 流 量 调 节 到 ， 应 将 转 速 调 节 到 多 少 ？ （ 参 看 例 2-3） 。.310ms解 已 知 .,.,07542edml(1) 管 路 特 性 方 程 20VHkq0 21pZmOg2548elkd. .(.)(.)5254032301917520VHq(2) 工 作 点 的 流 量 与 扬 程管 路 特 性 曲 线 的 与 H 计 算 值 如 下Vq0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.00

9、6 0.007 0.008/31Vqms10 10.5 12 14.5 18 22.6 28 34.6 42.1H习 题 2-5a 附 图26工 作 点 流 量 ， 扬 程./3045VAqms.AHmO2198 (3) 将 工 作 点 流 量 从 调 节 到 ， 泵 的 转 速 应 由./3045Vqs./305VCqms调 节 到 多 少 ？/min290r将 代 入 管 路 特 性 方 程 ， 求 得./35VCqs.(.).CHmHO5221020316 等 效 率 方 程 2VKq系 数 .()622613005CV得 等 效 率 方 程 .VHq等 效 率 方 程 的 计 算 值

10、如 下0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.004531Vqms0 1.31 5.24 11.8 21 26.5/H从 的 泵 特 性 曲 线 与 等 效 率 曲 线 的 交 点 D， 得 到29/innr./,VDqmsHO320 习 题 2-5b 附 图流 量 为 时 的 转 速 为./305VCqms./minVCDqnr0329258427.%DCn2905381125转 速 变 化 小 于 20%， 效 率 基 本 不 变 。离心泵的并联及串联【 2-6】 若 习 题 2-5 第 2 问 改 为 两 台 泵 并 联 操 作 ， 管路 特 性 曲 线 不 变 ， 试

11、求 泵 工 作 点 的 流 量 与 扬 程 。解 习 题 2-6 附 图 中 点 A 为 工 作 点流 量 ， 扬 程 水 柱./Vqms305.Hm237【 2-7】 若 习 题 2-4 第 2 问 改 为 两 台 泵 串 联 操 作 ， 管 路 特 性 曲 线 不 变 ， 试 求 工 作 点 的 流 量与 扬 程 。解 习 题 2-7 附 图 中 点 A 为 工 作 点 ，流 量 ， 扬 程 水 柱./Vqms3061.Hm302离心泵的安装高度【 2-8】 用 型 号 为 的 离 心 泵 ， 将 敞 口 水 槽 中 的 水 送 出 ， 吸 入 管 路 的 压 头 损 失IS65012为

12、， 当 地 环 境 大 气 的 绝 对 压 力 为 98kPa。4m试 求 ： (1)水 温 20 时 泵 的 安 装 高 度 ， (2)水 温 80 时 泵 的 安 装 高 度 。解 已 知 环 境 大 气 压 力 （ 绝 压 ）0p吸 入 管 ， 查 得 泵 的 汽 蚀 余 量()24fHOh=2m(1) 20 的 水 ， 饱 和 蒸 气 压 ， 密 度.238VpkPa./398kg最 大 允 许 安 装 高 度 为 (.) .30允 许 910= 462VfgpHhHm习 题 2-7 附 图习 题 2-6 附 图28输 送 20 水 时 ， 泵 的 安 装 高 度 1.62gHm(2)

13、 80 的 水 ， 饱 和 蒸 气 压 ， 密 度.4738VpkPa./39718kgm最 大 允 许 安 装 高 度 为 (.).30允 许 910=246VfgpHhH输 送 80 水 时 ， 泵 的 安 装 高 度 .6gm【 2-9】 用离心泵将密闭容器中的有机液体送出，容器内液面上方的绝压为 85kPa。在操作温度下液体的密度为 850kg/m3，饱和蒸汽压为 72.12kPa。吸入管路的压头损失为 1.5m，所选泵的允许汽蚀余量为 3.0m。现拟将泵安装在液面以下 2.5m 处，问该泵能否正常操作？解 泵 的 最 大 允 许 安 装 高 度 (.).30允 许 857210= 1

14、52969VfgpHhHm而实际安装高度 Hg 实 ，说明此泵安装不当，泵不能正常操作，会发生汽蚀现象。2.mg为保证泵的正常操作，泵应至少安装在液面下方 3.5m 或更低。【 2-10】 用 离 心 泵 输 送 80 热 水 ， 今 提 出 如 下 两 种 方 案 （ 见 习 题 2-10 附 图 ） 。 若 两方 案 的 管 路 长 度 （ 包 括 局 部 阻 力 的 当 量 长 度 ） 相 同 ， 离 心 泵 的 汽 蚀 余 量 。 试 问 这 两hm种 流 程 方 案 是 否 能 完 成 输 送 任 务 ？ 为 什 么 ？ 环 境 大 气 压 力 为 。.103kPa解 水 在 80

15、时 饱 和 蒸 气 压 ， 密 度 ， 汽 蚀 余 量 ，.4738VpkPa./39718kgm2hm大 气 压 力 .13pkPa最 大 允 许 安 装 高 度 为 (.).30允 许 10347810= 2369Vf f fgHhHH第 (2)方 案 的 安 装 高 度 ， 大 于 ， 不 能 完 成 输 送 任 务 。gmg习 题 2-10 附 图29第 (1)方 案 的 安 装 高 度 1gHm若 则 水 柱 时 可 以 用 。.f36.46f离心泵的选用【 2-11】 用 离 心 泵 从 江 中 取 水 送 入 贮 水 池 内 ， 池 中 水 面 高 出 江 面 20m， 管 路 长 度 （ 包括 局 部