化工原理课后练习答案第二章王志魁说课材料.docx

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化工原理课后练习答案第二章王志魁说课材料

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30kPao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310mm,试求泵的扬程。

解水在15°C时^=995.7kg/m\流墩务=540n?

压力表pM=350kPa<真空表pv=—30kPa（表压）

压力表与真空表测压点垂宜距离hQ=0.35m

计管径d\=0.35m,dz=0.31m

管血估弘/3600540/3600=皿；

流速“1===1.56m/s

乎d：

~X（0.35）2

…（就=】.56X（劇=1・99m/s

扬程H=/iu+如二匕+述严

pg2g

_c?

£-.350X103-（-30X103）.（1.99严一（1.56）299T7X9?

*8l十2X9.81

=0.35+38.9+0.076=39.3m水柱

12-2］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p增大，则轴功率卩=也晋旦将增大。

【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）o试求：

（1）泵的有效功率，水的密度为1000kg/m3；

（2）若将泵的转速调节到1250r/min时，泵的流册与扬程将变为多少？

解

（1）已知

v=18m3/h,H=20m水柱，p=1000kg/m3

有效功率Pc=X1000X9.81X20-981W

（2）转速幽=1450r/min时流量g门=18n?

/h,扬程耳=20mH?

0柱

转速肥=1250r/min

流量g尸=如竺=18X等洱=15・5m3/h

*V1n}14o0

扬程=（签「=20x（醫）2=14.9m1仏（）柱

管路特性曲线、工作点、等效率方程

【27】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崗

位槽.如习题2-4附图所示。

10m

zzzzzz/zzz.^zzzzz

习题2・48附图

已知高位槽液面比贮水池液面高岀10m,管内径为75mm,管路总氏（包括局部阻力的当虽长度在内）为400mo流体流动处于阻力平方区，摩擦系数为0.030流体流经换热器的局部阻力系数为了=32。

g”/n?

•s"1

0.001

0.002

0.003

0.004

H/m

25.5

24.5

9v/m3•s*1

0.005

0・006

0・

007

0.008

///m

1&5

15.5

8.5

离心泵在转速z?

=*2900r/min时的IIqv特性曲线数据，如下表所示

试求：

（1）管路特性方程;

（2）工作点的流量与扬程；（3）若采用改变转速的方法，使第

（2）向求得的工作点流虽调节到3.5X10-3m3/s,试求应调节到多少转速（参看例2-3）。

解已知d—0.075m,Z+Ze=400m,A—0.03.了=32

（1）管路待性方程H=显

H“=AZ+々=10+0=10mH2（）

"款愛+新

+02X2

H=10+5.02X105^

（2）工作点的流量与扬程

管路特性曲线的qv与H计算值如下

gv/m3•s"1o0.0010.0020.003

0.004

0・005

0.006

0.007

0.008

H/m1010.51214.5

22.6

34.6

42.1

工作点流M9va=0-0045m3/s,扬程HA=19.8mH20

（3）将工作点流量从9VA=0.OO45ms/s调节到^vc=0.0035m3/s,泵的转速应由2900r/min调节到多少转速？

i冷

为

数

将gvc=0.0035m3/s代入管路特性方程，求得

Hc=10+5・02X10$X（0・00352〉=16・1mH20

等效率方程

系数K=£：

=（oSf==L31x1o$

得等效率方程H=l.31X10冷纟

等效率方程的计算值如下

<7v/m3•s'100.0010.0020.0030.0040.0045

H/m01.315.2411.82126.5

从/i-2900r/min的泵特性曲线与等效率曲线的交点D,得到

%=0・004m3/s,Hd=21mH2O

302520

Pl'行路持性曲线

15O§£55

/t-2900r/min

离心泵特性曲线

使5/绎效率由线

）。

丿

▲一.▲丄▲1-d,■

00.0020.0040.0060.0080.01

流BWmJ-

习题2・4附图

流最为％（：

=o.0035nr7s时的转速为

«c—«n也=2900X?

；朕？

=2540r/min

g®0.004

空二叫100=型語叫100=12.4%

Ho/9UU

转速变化小于20%,效率基木不变。

离心泵的并联及串联

【25】

若习题2・4第2向改为两台泵并联操作，管路恃性曲线不变,

试求泵工作点的

流屋与扬程。

习题2・6附图

△力一工Hf=

（98-23-38）X103

998・~2X9】81~

—2—4=1.62m

解习题2・5附图中点A为工作点

流量®=0・0053n?

/s.扬程H=23.7m水柱

[2-6]若习题2-4第2向改为两台泵串联操作，管路持性曲线不变，试求工作点的流最与扬程。

解习题2-6附图中点A为工作点，

流M

v=O.OO61m3/s,扬程H=30・02m水柱

离心泵的安装高度

[2-7]用型号为1S65-5O-125的离心泵，将敞口水槽中的水送出，吸入管路的压头损失为4m（H2O）・当地环境大气压力的绝对压力为98kPa。

试求：

（1）水温20°C时泵的安装岛度，

（2）水温80°C时泵的安装高度。

解已知环境大气压力角=98kPa（绝对）

吸入管工（H2O）,查得泵的汽蚀余量△人=2m

（1）20匸的水，饱和蒸气压pv=23.38kPa,密度p=99&2kg/rr?

巌大允许安装高度为

输送20£水时，泵的安装高度H&Wl・62m

（2）80*C的水,饱和蒸气压/>v=47.38kPa,密度p=971.8kg/m3报大允许安装高度为

（98—47.38）XIO'

971.8X9.81

—2一4=—0・69m

输送80£水时•泵的安装高度Ha<-0.69m

【2・8】用离心泵输送80*C热水，今提出如下两种方案（见习题2-8附图）。

若两方案的管路长度（包括局部阻力的当嚴长度）相同，离心泵的汽蚀余量△人=2m。

试问这两种流程方案是否能完成输送任务？

为什么？

环境大气压力为101.33kPao

习题2・8附图

解水在80*C时饱和蒸气压久=47.38kPa,密度〜=971.8kg/n?

汽蚀余址从=2m,大气压力Z>o=101.33kPa

最大允许安装高度为

第

（2）方案的安装高度大于,存允许，不能完成输送任务。

第（1〉方案的安装高度=

若一1=3.66—为已，则SHf<4.66m水柱时可以用。

离心泵的选用

【2・9】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（包括局部阻力的当議长度）为45m。

水温为20弋，管壁相对粗糙度专=0.001。

要求输水量为20〜25m3/he

（1）试选择适当管径；

（2）试选择一台离心泵。

解2（TC水的0=99&2kg/mh“=1・004XlO^Pa•s

Z+Zt=45m,-y=0.001

最大流量gv=25m3/h

（1）管径/

从教材表1-3中选管路中水的流速”=2・5m/s

&=qv/3600

/25/3600

J于X2.5

=0.0595m=59.5mm

选公称直径65mm的低压流体输送用焊接钢管

管径为075・5mmX3.75mm,内径J=75.5—3.75X2=68mm

25/3600

g/360°25/3600一、小/

最后计算流速弘===1・91m/s

~dz手X（0.068）：

此流速在表1-4中的1.5〜3.Om/s范围内

（2）选离心泵

扬程

^7+斜等+汕

△p=0,△/=（）,AZ=20m

1.004X10"3

Re_d“=0・068X1.91X99&2_]29X1q5

“

查得

A=O.0218

v*ft>/+Z

尸入°218KfhO^X2X^===2-68“

扬程

円=20十2・68=22.68m

有效功率Pe^^~pgH=~X99&2X9・81X22.68=1540W=1.54kW

设泵的效率7=0.65

轴功率p=£s=議=2.37kW

tj0.65

选用离心泵IS65-5O-16O

其流量范围为15〜30m3/h.扬程范围为35〜30m,转速为2900r/min.轴功率为2.67〜3.71kW,汽蚀余量2=2〜2.5m。

【2・10】有一台离心泵的额定流量为16.8n?

/h,扬程为l&n。

试问此泵是否能将密庞为1060kg/n?

流说为250L/min的液体，从敞口贮槽向上输送到表压为30kPa的设备中？

敞口贮槽与髙位设备的液位垂直距离为8.5m。

管路的管径为075.5mmX3.75mm,管氏为124m（包括直管长度与所有管件的当量长度），摩擦系数为0.03。

9^.（）

解流IS（iv—25OL/niin—^qqqX60—15m'/h

流速

尹于X（0・068F

压头H"+驚+入字X务

30X103

流量与压头都略小于额定值•该泵可以用。

排出管风速皎=血（会『=15.3X（g

Z-20X：

/>=101.325kPa下，空气密度〜=1.205kg/'n?

往复泵

[2-11]有一台双动往复泵，其活塞的行程为300mm,活塞直径为180mm・活塞杆直径为50mm。

若活塞每分钟往复55次，其理论流最为若干？

又实验测得此泵在26.5min内能使一直径为3m的圆形贮槽的水位上升2.6m,试求泵的容积效率（即实际流図/理论流

解活塞行程S=300mm=0.3m,活塞直径D=0.18m，活基截面积A=^D=^X（0.⑻2

活塞杆直径〃=O.05m,活塞杆截面积《=評2=于＞＜（0.05）2

活塞往复频率”=551/min

理论流童=（2A-a）Sn=（2X于X0・18?

—于X0.O52）X0.3X55=0.807m3/min

实际流慑伽；=于＞＜32＞＜2.6X詁¥=0.693n?

/min

容积效率q=q\dqg=。

・693/0.807=0.859

气体输送机械

[2-12]有一台离心式通风机进行性能实验，测得的数据有空气温度为20€,风机出口的表压为230Pa,入口的貝空度为150Pa,送风量为3900n?

/h。

吸入管与排出管的内径分别为300mm及250mm,风机转速为1450r/min,所需轴功率为0.81kW0试求风机的全风压、静风压及全风压效率.

解已知风量的=3900亦八，吸入管内径d】=0.3m,排出管内径c/2=O.25m排出管风速血=坳（£『=15.3X（蹈F=22m/s

进口静压內=一150Pa,出口静压加=230Pa

全风压»=（加+加）一（加+加）=（230十292）—（一150+140）=532Pa静风压/＞叙=久一Pd2=532—292=240Pa

已知轴功率P=0・81kW=810W

有效功率

PWv

3600

532X3900

~~3600~

=576W

全风压效率尸售=謡=0・711

[2-13]仓库里有一台离心式通风机，其铭牌上的流就为1.27X103m3/h»全风压为1.569kPa。

现想用他输送密度为1.Okg/m3的气体，气体流谀为1.27X10Jm5/h,全风压为1.3kPa.试问该风机是否能用？

解通风机铭牌上的风量与全风压是在标准条件（20°C・101.325kPa）下用空气测定的，标准条件下空气的密度为1.2kg/m30

现在把气体在操作条件下的流量1.27X10Jm7h及全风压1.3kPa换算为标准条件下的风量张及全风压加。

L27X10^X1.0=L058x1（）3m3/h

加=1.3Xp-^=l.56kPa

被输送气在标准条件下的风址及全风压都稍低于通风机铭牌匕的风量及全风压，该风机可以使用。

[2-14]有温度为259、流量为60m3/min的空气，从lOlkPa压缩到505kPa（均为绝对压力），绝热指数为1.4,试求空气绝热压缩后的温度，并求等温压缩和绝热压缩所需理论功率，假设为理想气体。

解

（1）T2=Tj（^）*=（273+25）（晋）"=472K=1994C

⑵%=等In（眷）=&3；（298]n（5）=i37.5kj/kg

p=l・185kg/m3■Q—60m3/min=lm3/s

流量G=Qp=lXl・185=1-185kg/s

功率匕o=WgG=137.5X1.185=163kW

（3）W,d~T,）-X^^（472-293）=174.6kj/kg

功率卩“=闪碣6=174・6X1.185=207kW

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