试卷及答案11

一、简要回答以下各题。（36分）1、什么是风机的喘振现象？如何有效防止喘振现象的发生？（6分）答：当风机在非稳定工作区运行时，出现一会儿由风机输出流体，一会儿流体由管网中向风机内部倒流的现象，专业中称之为“喘振”。当风机的性能曲线呈驼峰形状，峰值左侧较陡，运行工况点离峰值较远时，易发生喘振。喘振的防治方法有：①应尽量避免设备在非稳定区工作；②采用旁通或放空法。当用户需要小流量而使设备工况点移至非稳定区时，可通过在设备出口设置的旁通管（风系统可设放空阀门），让设备在较大流量下的稳定工作区运行，而将需要的流量送入工作区。此法最简单，但最不经济；③增速节流法。此法为通过提高风机的转数并配合进口节流措施而改变风机的性能曲线，使之工作状态点进入稳定工作区来避免喘振。2、什么是系统效应？（6分）答：由于泵（风机）是在特定管网中工作，其出入口与管网的连接状况一般与性能试验时不一致，将导致泵（风机）的性能发生改变（一般会下降）。例如，入口的连接方式不同于标准试验状态时，则进入泵、风机的流体流向和速度分布与标准实验有很大的不同，因而导致其内部能量损失发生变化（一般情况为能量损失增加），泵、风机的性能下降。由于泵、风机进出口与管网系统的连接方式对泵、风机的性能特性产生的影响，导致泵（风机）的性能下降被称为“系统效应”。3、何为管网的水力稳定性？如何提高管网的水力稳定性？（6分）答：管网中各个管段或用户，在其它管段或用户的流量改变时，保持本身流量不变的能力，称其为管网的水力稳定性。通常用管段或用户规定流量Qg和工况变动后可能达到的最大流量Qmax的比值y来衡量管网的水力稳定性，即y=Qg/Qmax=1/xmax。因ywywygPPPPPQQy11max提高管网水力稳定性的主要方法是相对地减小网路干管的压降，或相对地增大用户系统的压降。4、指出双管热水采暖系统垂直失调的主要原因和防止失调的措施。（6分）答：同一竖向的各层房间的室温不符合设计要求，出现上、下层冷热不匀的现象，称作系统垂直失调。双管系统的垂直失调，是由于各层所在环路的重力作用循环作用动力不同而引起的。防止的方法可以是：（1）各个环路通过选择管径或调节实现动力和阻力平衡，使运行流量达到设计流量；（2）根据各层的实际流量设置相应的散热器面积。5、汽-液两相流管网中“二次蒸汽”是如何形成的？该管网中疏水器有什么作用？疏水器常设于管网的哪些位置？（6分）答：（1）汽-液两相流管网中高温凝结水由于流动阻力或流经疏水器、局部阻力较大的构件等，造成凝结水温度高于该压力下的饱和温度，因而重新汽化，形成了“二次蒸汽”；（2分）（2）疏水器的作用是允许凝结水通过、阻止蒸汽通过，同时允许空气等不凝性气体通过，尤其是排除系统在初始运行时管网内的空气；（2分）（3）疏水器常设置的位置有：用汽（热）设备出口、供汽干管向上拐弯处、供汽立管底部、回水干管终端、分汽缸排水口等。（任意两个可得2分）6、为什么要控制水泵的吸上真空高度[HS]？什么是水泵的汽蚀余量h?实际应用中水泵的吸上真空高度Hs应比允许吸上真空高度[HS]大还是小？（6分）答：控制水泵的吸上真空高度[HS]，是为了保证水泵内压力最低点（K点）处压力高于工作温度下的饱和蒸汽压力，避免水泵发生气穴和气蚀；（2分）水泵的汽蚀余量h就是水泵入口处所剩下的（总）水头距离水泵内发生汽化所剩余的水头值。h=vpgvp)2(211（2分）实际应用中控制HS[HS]，控制h[h]（2分）二、如图是某建筑雨水及阳台地漏排水系统图。屋顶雨水经雨水收集口流入排水立管，阳台积水经阳台地漏也流入该排水立管，地漏与排水立管间设置水封，排水在A点以后排入市政下水道。问：（10分）（1）地漏与排水立管间设置水封有什么作用？（2分）（2）下雨时，排水立管内水流可能经历哪些流动状态？（3分）（3）夏天暴雨时，部分阳台地漏出现“涨水”现象。问上部楼层还是下部楼层容易出现这种现象并解释出现“涨水”的原因。（3分）（4）提出改进该排水系统的可行措施。（2分）A答：地漏与排水立管间设置水封是为了防止A点以后的市政下水道内的臭气溢向各层阳台，影响阳台及室内空气环境；（2分）下雨时，根据雨量大小，排水立管内水流可能经历附避螺旋流、水膜流、水塞流、局部满管流等流动状态；（答出三个流态即得3分）夏天暴雨时，容易在上部楼层的阳台上出现“涨水”现象。这是由于屋顶雨水排量大，排水立管在上部出现满管流动，上部阳台的水封压力不能平衡立管内水压，因而雨水向上部楼层的阳台涌出，使得力管下部不容易出现满管流动的情形，因而其阳台地漏不容易出现“涨水”现象。改进该排水系统，可将雨水排水和阳台排水分开设置，另外设置一雨水排水立管或阳台排水立管；也可以将原排水立管适当加大管径，使其通水能力提高，在暴雨时也不容易形成满管流动；也可以增设一组水平排出管接向市政下水道，使立管内水流畅通，减少满管流形成的可能；还可以为原立管并联一组排水立管，即增强了立管的排水断面积，也可提高其通气性能，有利于排水能力的提高。（答出2个方案即得2分）三、某重力循环采暖系统如图所示。已知tg=95℃，th=70℃,ρg=961.92kg/m3，ρh=977.81kg/m3。各环路重力循环附加作用压力均为350Pa。所有立管连接的散热器均与立管V相同。（9分）（1）选择最不利环路并求最不利环路的资用压力。（3分）（2）如果图中管段1~22的计算阻力均为45Pa，求立管V中第二层用户压力损失与资用压力的不平衡率。（3分）（3）如果立管IV底层环路的计算水力损失为300Pa，求该用户压力损失与资用压力的不平衡率。（3分）（第三题图）解：最不利环路1-2-3-4-5-17-18-19-20-10-11-12-13-14-15-16；资用压力p’=()hggH+fp=9.813(977.81-961.92)+350=818Pa立管V中第二层用户的资用压力',2Vp=[9.816(977.81-961.92)+350]-[9.813(977.81-961.92)+350-18P-19P-20P]=1285-818+453=602Pa立管V中第二层用户的实际水力损失压力,2Vp=452=90Pa损失与资用压力的不平衡率x=60290100%85%602（3）立管IV中底层用户环路的资用压力=5171819201011p=745=300Pa损失与资用压力的不平衡率x=300300100%0%300四、下图中虚线为阀门B全开时串并联管路1-2-3-4的水压线。（10分）1）说明关小阀门B以后各管段的流量增减情况及其原因。（5分）2）用实线在原图上画出关小阀门B以后各管段水压线的变化情况。（5分）答：图中所示为串、并联混合管路，关小阀门B以后，并联管路阻抗S并增加，管路总阻抗S总增加，导致总流量减少，则管段1-2和管段3-4的流量减少（该段测压管水头线变缓）。并联管段上的压降增大，S21不变，则管段21的流量增加（该段测压管水头线变陡），管段22的流量减少（阀门处产生集中的能量损失，阀门前后测压管水头线变缓）。1234B21222122五、已知4-72型NO6C离心风机在额定转速n=1250r/min时的性能参数如下表所示：（10分）参数序号1234567Q(m3/h)59206640736081008800950010250P(Pa)843.4823.8814.0794.3755.1696.3637.4N(kW)1.691.771.861.962.032.082.12效率0.8210.8580.8950.9120.9090.8830.856（1）求出各点效率，填入表格中。（3分）（2）有一台该型号的风机以额定转速在一个通风管网中运行，其工作流量为Q=9500m3/h，该通风管网具有狭义管网特性曲线。现需将流量减小到8100m3/h，若采用阀门调节，求调节后风机的轴功率；若采用转速调节，求调节后的风机转速及其轴功率。（7分）解：（1）效率NPQ3600，计算结果列入表中。（2）采用阀门调节，设风机的性能曲线不变，则此时风机的压力为794.3Pa，风机的轴功率为1.86kW；采用转速调节，管网特性曲线不变且具有狭义管网特性曲线，转速调节后的工况点与原工况点为相似工况，则转速min/1066125095008100''rnQQn，轴功率kWNQQN21.196.195008100''33。六、如下图所示通风系统，各管段的设计流速和计算阻力如下表，所配的风机在额定状态的风量是11000hm3，全压是385Pa，额定功率是1.5kW。若运行时，测得1#排风口的风量为2500hm3。（15分）（1）计算该风机在额定状态下的全压效率。（3分）（2）运行中2#、3#排风口的风量是多少？（7分）（3）若关闭1、3#排风口，测得2#排风口的风量为5000hm3。近似认为三通处的局部阻力系数保持不变，请绘图表示出关闭前后的风机工作状态点。（5分）管段1—42—44—53—55—67—8设计流量（hm3）25002500500050001000010000设计流速（sm）661081012计算阻力（ap）15020050905050解：（1）3851100078.4%36001500PQN（2）运行时1#排风口风量为2500hm3，p=150ap可求2#排风口风量21502500200Q=2165hm34—5管段阻力p=22(25002165)505000=43.5ap3—5管段315043.5500090Q=7335hm3风机流量Q=2500+2165+7335=12000hm35—8管段阻力p=22(12000)(5050)10000=144ap风机全压P=150+43.5+144=337.5ap综上可知：1#排风口风量为2500hm3时，2#排风口风量为2165hm3，3#排风口风量为7335hm3。（3）同上计算，列出关闭前后各管段流量和计算阻力如下表：管段关闭前关闭后风量（hm3）阻力（ap）风量（hm3）阻力（ap）2—4250020050008004—55000505000505—810000100500025综上可得风机的三个工况点：额定工况点A（11000，385）关闭前工况点B（12000，337.5）关闭后工况点C（5000，875）将各工况点绘图表示为：六、如下图所示的流体输配管网图，各管段的阻抗（单位：kg/m7）为：S（1）=5.2，S（2）=5.3，S（3）=1.2，S（4）=1.3，S（5）=1.4。该管网图的1、4节点分别有节点流量，其大小方向如图示。试建立求解管段流量Q（Q1,Q2,…Q5）的方程组。（10分）（1）建立矩阵形式表示的节点流量平衡方程组。（3分）（2）选出管网图的最小阻抗生成树，写出独立回路矩阵Cf，建立矩阵形式的独立回路压力平衡方程组。（4分）（3）将独立回路压力平衡方程组简化为只有余枝流量未知数的方程组。（3分）31214325410kg/s10kg/s答：（1）以节点4为参考节点，节点流量平衡方程组如下：001001011111000010154321QQQQQ（2）最小阻抗树由分支3、4、5组成。独立回路矩阵：1101001101fC；独立回路压力平衡方程组：00)5()4()3()2()1(11010011012524232221QSQSQSQSQS(3)00)10)(5())(4()10)(3()2()1(110100110122212212221QSQQSQSQSQS