化工原理_第2章_流体输送机械_典型例题题解48886.pdf

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1、 .下载可编辑 .化工原理典型例题题解 第 2 章 流体输送机械 例 1 离心泵的工作点 用某一离心泵将一贮罐里的料液送至某高位槽，现由于某种原因，贮罐中料液液面升高，若其它管路特性不变，则此时流量将（）。A 增大 B 减少 C 不变 D 不确定 例 2 附图 例 2 附图 解：该题实际上是分析泵的工作点的变动情况。工作点是泵特性曲线与管路特性曲线的交点，其中任何一条特性曲线发生变化，均会引起工作点的变动，现泵及其转速不变，故泵的特性曲线不变。将管路的特性曲线方程式列出 2421212)(8vqgddlgPPZZH 现贮槽液面升高，1Z增加，故管路特性曲线方程式中的截距项数值减小，管路特性曲线

2、的二次项系数不变。由曲线 1 变为曲线 2，则工作点由 A 点变动至 B 点。故管路中的流量增大，因此答案 A 正确。例 2 离心泵压头的定义 离心泵的压头是指（）。A 流体的升举高度；B 液体动能的增加；hm,Q3m,HeAB1曲线2曲线 .下载可编辑 .C 液体静压能的增加；D 单位液体获得的机械能。解：根据实际流体的机械能衡算式 He=(Z2-Z1)+(P2-P1)+(u22-u12)/2g+Hf 离心泵的压头可以表现为液体升举一定的高度(Z2-Z1)，增加一定的静压能(P2-P1)/(g)，增加一定的动能(u22-u12)/(2g)以及用于克服流体流动过程中产生的压头损失Hf等形式，但

3、本质上离心泵的压头是施加给单位液体（单位牛顿流体）的机械能量 J(J/N=m).故答案 D 正确。例 3 离心泵的安装高度 Hg与所输送流体流量、温度之间的关系 分析离心泵的安装高度 Hg与所输送流体流量、温度之间的关系。解：根据离心泵的必需汽蚀余量(NPSH)r，计算泵的最大允许安装高度的计算公式为 5.0)()10(0rfvgNPSHHgPgPH (1)首先分析离心泵的必需汽蚀余量(NPSH)r的定义过程。在泵内刚发生汽蚀的临界条件下，泵入口处液体的静压能和动能之和(P1,min/g+u12/2g)比液体汽化的势能(Pv/g)多余的能量(uk2/2g+Hf(1-k)称为离心泵的临界汽蚀余量

4、，以符号(NPSH)C表示，即 )1(221min,122)(KfKvcHgugpgugPNPSH (2)由（2）式右端看出，流体流量增加，（NPSH）C增加，即必须的汽蚀余量(NPSH)r增加。由（1）式可知，液体流量增加，泵的最大允许安装高度 gH应减少。根据(NPSH)C的定义可知，当流量一定而且流动状态已进入阻力平方区时(uk2/2g+Hf(1-k)，均为确定值)，(NPSH)C只与泵的结构尺寸有关，故汽蚀余量是泵的特性参数，与所输送流体的蒸汽压 PV无关。由（1）式可知，若流体温度升高，则其 PV值增加，从而 gH应减小。例 4 离心泵的组合使用 现需用两台相同的离心泵将河水送入一密

5、闭的高位槽，高位槽液面上方压强为 1.5atm（表压强），高位槽液面与河水水面之间的垂直高度为 10m，已知整个管路长度为 50m（包括全部局部阻力的当量长度），管径均为 50mm，直管阻力摩擦系数=0.025。单泵的特性曲线方程式为26100.150veqH（式中He的单位为 m；qv 的单位为 m3/s）。通过计算比较该两台泵如何组合所输送的水总流量更大。解：泵的组合形式分为串联和并联，由此单泵的特性曲线方程写出串联泵和并联泵的特性曲线方程 26100.2100veqH串 （1）25105.250veqH并 （2）自河水水面至密闭高位槽液面列出管路特性曲线方程 gudllgPZHee22

6、将有关数据代入 81.92)050.0785.0(050.050025.081.9100010013.15.110225veqH整理得：.下载可编辑 .25103.315.10veqH （3）若采用串联，联立方程（1）（3）得)/(102.633smqV串 若采用并联，联立方程（2）（3）得)/(103.835smqV并 可见，对于该管路应采用串联，说明该管路属于高阻管路。为了充分发挥组合泵能够增加流量，增加压头的作用，对于低阻管路，并联优于串联；对于高阻管路，串联优于并联。例 5 分支管路如何确定泵的有效压头和功率 用同一台离心泵由水池 A 向高位槽和供水，高位槽和的水面高出水池水面分别为B

7、25m,Zc=20m。当阀门处于某一开度时，向槽和槽的供水量恰好相等，即BC4sl/。管段长度，管径及管内摩擦阻力系数如下：管段 管长（包括le）,m 管径,mm 摩擦系数 ED 100 75 0.025 DF 50 50 0.025 DG 50(不包栝阀门)50 0.025 求（1）泵的压头与理论功率；（）支管中阀门的局部阻力系数。例 5 附图 解：（）该问题为操作型问题，忽略三通处的能量损失，自截面至截面列出机械能衡算式为 He=ZB+gudl21211+gudl22222 自截面至截面列出机械能衡算式为 He=Zc+gudl21211+gudl22222+gu23 按照式和式所求出的泵提

8、供给单位流体的能量即压头是同一数值。因为支管中阀门的阻力系数是未知数，故按式求泵的压头。首先计算出流速 u1,u2,u3 EACDGFB .下载可编辑 .u1=213410dVVcb=23075.0785.01044=1.8(m/s)u2=223410dVb=23050.0785.0104=2.0(m/s)u3=233410dVc=23050.0785.0104=2.0(m/s)将已知数据代入式 He=25+81.928.1075.0100025.02+81.920.2050.050025.02=35.6（m）理论功率 Ne=HeVg=35.63104481.9103=2793.9(W)由、式

9、可得 gugudlZgudlZCB2222323332222 所以 232ug（ZB+gudl22222-Zc-gudl22333）将已知数据代入 20.281.92（25-20）=24.5 例 6 离心泵工作点的确定 用离心泵敞口水池中的水送往一敞口高位槽，高位槽液面高出水池液面 5m，管径为 50mm。当泵出口管路中阀门全开（17.0）时，泵入口管中真空表读数为 52.6Kpa，泵出口管中压力表读数为 155.9Kpa。已知该泵的特性曲线方程 251043.11.23VeqH 式中：He的单位为 m；qv的单位为 m3/s。试求：阀门全开时泵的有效功率；当阀们关小80时，其他条件不变，流动

10、状态均处在阻力平方区，则泵的流量为多少？解：忽略出口管压力表接口与入口管真空表接口垂直高度差，自真空表接口管截面至压力表接口管截面列机械能衡算式，并且忽略此间入口管与出口管管段的流体阻力损失。gPPHe12=81.91000106.529.1553=21.3（m）将 He=21.3m 代入泵的特性曲线方程式，求取 qv .下载可编辑 .qv=51043.13.211.23=21035.0(m3/s)管内流速 u=24dqv=22050.0785.01035.0=1.78(m/s)有效功率 Ne=Heqvg =21.30.3510-29.81 =731.3（w）阀门全开时，列出管路特性曲线方程式

11、 He=gudllze22 将已知数据代入 21.3=81.9278.117.0050.052ell 解此式得 ell=5.03 当阀门关小（80）时，再列出管路的特性曲线方程式，并将已知数值代入 He=81.92050.0785.080050.003.5522vq 整理，得 261039.25VeqH 泵特性曲线方程 251043.11.23VeqH 联立两式，解得 qv=0.2710-2(m3/s)可见，管路中阀门关小，使得流量减小了。例 7 某冬季取暖管线由某一型号的离心泵，加热器，散热器组成（如图），管路内循环水量为 95m3/h。已知散热器的局部阻力系数为 20，从散热器出口至泵入口

12、之间管线长 lBC=10m（包括当量长度），管内径为100mm，摩擦系数为 0.03。离心泵位于散热器入口 A 处以下 1m，散热器出口水温 40。在散热器入口 A 处连接一高位水箱作为调节水箱。为了保证离心泵不发生汽蚀现象，求水箱的安装高度 H 应为多少？该离心泵在输送流量下的允许汽蚀余量(NPSH)r=5.0m，40水的饱和蒸汽压为 7.38103Pa。散热器 加热器 Am1.0HB .下载可编辑 .例 7 附图 解：因高位水箱起控制 A 点压强和补充水的作用，故由高位水箱至 A 处管内流速很小，故 A 处的压强可以表示为 PA=Pa+Hg （1）自液面 A 至泵入口 B 的垂直高度 0.

13、1m 即为泵的安装高度 5.0)(rBfAvAgNPSHHgPgPH （2）计算管内流速 u=21.0785.0360095=3.4（m/s）BfAHgudl22=81.924.3201.01003.02=13.55m （3）将所有已知的数据代入（2）式中，得 5.0555.1381.910001038.71.03AP 解得 aAPP510932.1 再由（1）式解得 H=9.37（m）例 8 离心泵将真空锅中 20的水通过直径为 100mm 的管路，送往敞口高位槽，两液面位差 10m，真空锅上真空表读数为 P1=600mmHg，泵进口管上真空表读数 P2=294mmHg。在出口管路上装有一孔

14、板流量计，孔板直径 d0=70mm，孔流系数为 C0=0.7,U 形压差计读数 R=170mm（指示液为水银，1=13600Kg/m3）。已知管路全部阻力损失为 44J/Kg，泵入口管段能量损失与动能之和为 5J/Kg。当地大气压为 0.95105N/m2。求：水在管路中的流速；泵出口处压力表读数 P3；若该泵的允许汽蚀余量为(NPSH)r=4.0m,泵能否正常运转？例 8 附图 真空锅 HB1P3P2PAm0.3 .下载可编辑 .解：水在孔板孔径处的流速为 u0 u0=PC20=100081.9100013600170.027.0=4.5(m/s)根据连续性方程，在管路的流速 u=u020d

15、d=4.52100070=2.2（m/s）(2)自真空锅液面至高位槽液面列出机械能衡算式 gPPZZHABabe)(+Hf（AB）将数据代入)(6.2281.94481.9100081.913600600.010mHe 忽略压力表 P3与真空表 P2之间的高位差以及此间管段的流体阻力损失，则 gPPHe23 所以)/(1042.181.913600600.081.910006.222523mNPgHPe（3）计算泵的允许安装高度，20时水的饱和蒸气压avPp3103346.2 5.0)(rBfAvAgNPSHHgPgPH mHg83.25.00.481.922.281.9581.91000103346.281.9100081.913600600.081.9100010013.1235 泵的实际安装高度为-3.0m，小于允许安装高度，故泵能够正常工作。