化工原理第二章泵习答案

40二流体输送机械习题解答1.解:(1)离心泵内有高速旋转的叶轮向液体传送动能,此动能即而又转变为液体的压力能,靠此压力能输送液体;正位移泵利用活塞或转子挤压液体使其升压而输送液体.(2)叶轮将机械能传给液体,平衡孔平衡轴向推力,泵壳即为收集液体又为转能装置,密封圈是防止空气漏入泵内或液体漏出泵外.2.解:在真空表与压强表截面间列柏努利方程z1+u12/2g+p1/ρg+H=z2+p2/ρg+u22/2g+Hfu1=u2,z2-z1=0.4m,hf=0p1=-185×133.3=-24660.5(N/m2),p2=1.55×9.81×104=1.52×105(N/m2)∴H=0.4+(1.52+0.2466)/(1000×9.81)×105=18.41(mH2O)Ne=QHρg=(26/3600)×18.41×1000×9.81=1.3(kw)％3.解:(1)流量,扬程均够,电机功率不够.因为:有效功率N=HQPg=15×(38/3600)×1800×9.81=2.8(kw)如效率仍按0.8考虑,则轴功率Ne为:Ne=2.8/0.8=3.5(kw)故应换一台功率大于3.5KW的电机即可.(2)主要是扬程不够,可用改变转速的办法来解决.H'/H=(n'/n)2,n'=n(H'/H)1/2=2900(25/15)1/2=3741(转/分)Q'=Q(n'/n)=39.6×1.29=51.1(m3/h)N'=N(n'/n)3=2.02(3741/2900)3=4.34(kw)转速提高到3741r/min,电机功率大于4.34kw即可.4.解:Hs'=Hs-(10.0-9.16)=6.5-(10.0-9.16)=5.66(m)Zs=Hs'-Hf=5.66-3=2.66(m)3m2.66m,故泵不能正操作.5.解:(1)从附录查得,65Y-60B型油泵性能参数为H=38m,Q=19.8m3/h,△h=2.6m管路所需压头:H=△z+△p/ρg+Σhf=5+(1.8×9.81×104)/(800×9.81)+5=32.5(m)管路所需流量Q=15m3/h,故该泵所提供的压头和流量均能保证要求.(2)安装高度:Zs=pO/ρg-pv/ρg-△h-Hf=(760×133.3)/(800×9.81)-(600×133.3)/(800×9.81)-2.6-1=-0.88(m)即安装高度需低于液面0.88m,现低于液面1.2m,当然可行.6解:41库存泵的Hs=6mH2O,由此可求得该泵入口处的充许最低压强为:pA/ρg-pe/ρg=Hs∴pe/ρg=pA/ρg-Hs=10.33-6=4.33(m)pe=4.33×1000×9.81=4.25×104(N/m2)(绝压)原泵操作时,泵进口的绝压为:(pe)操=0.95×105-294×133.3=5.58×104(N/m2)(pe)操pe，故不会发生气蚀.7解:Zs≥pO/ρg-pv/ρg-△h-hfs,由于液体处于沸腾状.pO=pv,则:-2.1≤-2-λ(L/0.05)(u2/2g)u=5.8/(0.785×0.052×3600)=0.821(m/s)∴L=(0.1×0.05×2×9.81)/(0.02×0.8212)=7.3(m)8解:查得60℃的水pv=0.203(kgf/cm2)=2.03mH2O;吸上高度要比(pA-pv)/ρg=10.33-2.03=8.3m低,但图(c)中的吸上高度已有8m,考虑到吸入管阻力等因素,此种安装方式可能发生气蚀,而不能将水送到高位槽.(a).(b)两种方式可以送到.流量与泵之性能及管路特性有关,此两种方式中,管路情况都是一样的,故此两种方式都可达到相同的流量.N=QHρg/η,既然(a).(b)两种安装方式的Q.H都一样,其它条件亦同,故输送所需之轴功率亦相等.9.解:H=△z+△p/ρg+hf△z=20m,△p=0,hf=[8/(π2g)](λ)[(l+∑le)/d5]Q2将数据代入并化简:H=20+0.00062Q2式中,Q单位为m3/h,H单位为m。将Q赋予一定的值,并计算得H的值如下表:Q020406080120160200H2020.3521.022.224.028.935.944.8以表中数据作图得管路特性曲线,并与泵特性曲线交于工作点M,分别求得工作点的流量：Q=142m3/h,H=32m,η=0.74,N=18kw.10.解:H=△z+△p/ρg+u2/2g+hf=5+0+0+λ(L/d)(u2/2g)+ζ(u2/2g)=5+1.186u2u=Q/(0.785d2×3600)=Q/(0.785×0.122×3600)H=5+0.00072Q2=5+2.59×10-6Q'2Q单位:m3/h;Q'单位:l/min工作点M之H=32.5m,Q=3200l/minN轴=Ne/η=32.5×3200×10-3×1000×9.81/(60×0.55)=30.9(kw)∴每小时耗电费为30.9×0.12=3.71（元）4211.解:(1)求阀全开时泵的有效功率H=△z+△p/ρg+△u2/2g+Hf,△z+△p/ρg=10(mH2O);△u2/2g=0u=0.0039/(0.785×0.052)=1.99(m/s)将数据代入上式:H=10+0.03(150/0.05)×(1.992/(2×9.81))=28.2(m)Ne=QHρg=0.0039×28.2×1000×9.81=1.08(kw)(2)求H=A-BQ2中的A.B值当Q=0时,H=A.又在泵入、出口处列柏努力方程:H=He=△z+△p/ρg+△u2/2g+Hf当Q=0时,u=0,hf=0,△z为泵入口真空表与出口压强表之间距离,可忽略.故H=He=(3.2×9.81×104+200×133.3)/ρg=34.72(m)∴A=34.72;于是得到:H=34.72-BQ2由本题第1问得到:当Q=0.0039m3/s=14m3/h时,H=28.2m代入此式,得:B=(34.72-28.2)/142=0.033泵的特性曲线方程可表示为H=34.72-0.033Q212.解:He=△z+△p/ρg+△u2/2g+∑hf=16+0.3×9.81×104(1000×9.81)+2.1=21.1(m)根据H=21.1m,Q=30m3/h,于附录中选用3B33A型泵比较安全,(H=25m,Q=35m3/h)13.解:He=△z+△p/ρg+△u2/2g+∑hf=8+400×103/(1500×9.81)+30×103/(1500×9.81)=35.4(m)Q=7.5(m3/h)根据H=35.4m,Q=7.5m3可选耐腐蚀泵40F-40型(Q=7.2m3/h,H=39.5m),尽管额定流量较7.5m3/h小一些,但压头H=39.5m,较所需35.4m有较大裕量,实际操作时,H可以降一点,致使流量增大,可望满足需要.但需指出,该操作条件下,泵的效率会低一些.14.解:(1)求送水量:管路所需压头相等,即泵工作点之流量为:40-0.01Q2=20+0.04Q2∴Q=20m3/h(2)关小阀门的压头损失:关小阀门后流量为Q'=3/4×20=15(m3/h)将Q'=15代入管路曲线.得H=20+0.04×152=29(m)将Q'=15代入泵特性曲线得He=40-0.01×152=37.75(m)额外增加压头损失为△H=37.75-29=8.75(m)4315.解:H=△z+△p/ρg+△u2/2g+∑hf=4.8+0+0+λ(355/0.068)(u2/2g)=4.8+1.68×10-4Q2(Q单位：l/min)于是:得一系列数值:Q(l/min)0100200300350400450500H(m)486.4811.5419.9625.4331.7438.946.9作管路曲线与泵特性曲线,两条线相交得工作点M,其流量Q=400l/min.如泵转速改为1600(r/min)时,这时流量为Q',压头为H',则Q'/Q=n'/n=1600/1450=1.1;Q'=1.1QH'/H=(n'/n)2=(1600/1450)2=1.22;H'=1.22H作新条件下的泵特性曲线:(Q的单位:l/min;H的单位:m)Q0110220330440550H45.446.445.142.138.834.8得到新的工作点M',该点对应的流量Q'=445l/min题15附图16.解:单泵使用时:Q=1m3/min,则:H=20-2×12=18(m)管路特性曲线H=△z+△p/ρg+BQ2=10+0+BQ2,在泵的工作点:18=10+BQ2,则:B=(18-10)/12=8得到管路特性曲线方程为:H=10+8Q2若Q增加为1.5[m3/分],根据题意λ保持不变即B值不变.则管路所需压头为H=10+8×1.52=28(m)而单泵操作时,泵提供压头数为H=20-2×1.52=15.5(m)两泵并联时特性曲线为H=20-2/22×Q2=20-0.5Q2并联泵提供压头为:H=20-0.5×1.52=18.98(m)两泵串联时特性曲线为:H=40-4×Q2=40-4×1.52=31(m)串联泵提供压头为31m,显然只有两泵串联可望满足要求.17.解:并联时,H不变,Q增加一倍Q并=2Q单,Q单=Q并/2原单泵特性曲线H=50-0.085Q2H并=50-0.085(Q并/2)2=50-0.0213Q并2二泵串联时,流量不变,压头加倍,即:H串=2H单故二泵串联时的特性曲线为:44H串=2(50-0.085Q2)=100-0.17Q218.解:全风压:HT=△zρg+△p+△u2ρ/2+ρ∑hf=0+15+15+155=185(mmH2O)将全风压换算成标准状况(规定状况)值:HTC=HTρc/ρ=185×1.2/1=222(mmH2O)已知风量Q=40000m3/h,根据HTC=222mmH2O,可选用4-72-1110C型风机.全压为:227(mm水柱),Q=41300(m3/h)19.解:Ws=Υ/(Υ-1)×p1V1[(p2/p1(Υ-1)/Υ-1]p1V1=(G/M)RT=1/29×8314×278将数据代入上式,得到:Ws=1.4/(1.4-1)×1/29×8314×278[324/101.3)(1.4-1)/1.4-1]=111.6(KJ)在密闭筒中压缩:Ws=∫V2V1pdV=1/(Υ-1)p1V1[(p2/p1)(Υ-1)/Υ-1]=1/(1.4-1)×1/29×8314×278[324/101.3](1.4-1)/1.4-1]=79.7(KJ)20.解:Nad=n×1/(r-1)p1V1[(p2/p1)(r-1)/nr-1]V1=p0V0/T0×T1/p1代入上式Nad=n×1/(r-1)p0V0T1/T0[(p2/p1)(r-1)/nr-1]=(4×1.4/0.4)×(101300×3.5/60)×(303/273)[(150)0.4/(4×1.4)-1]=39482(w)=39.5(kw)N=Nad/η=39.5/0.85=46.5(kw)由于采取4级压缩,每级压缩比为i=(150)1/4=3.5故T2=T1(p2/p1)(r-1)/r=303(3.5)0.4/1.4=433.6K=161(℃)21.解:(1)P点为工况点,P点对应的流量为该泵在系统中所提供的最大流量30-0.01Q2=10+0.04Q2解得Qmax=20m3/h此时泵的压头为26m(2)当供水量为最大输水量的75%时,即:Q'=20×0.75=15(m3/h)(a)图中△H为出口节流调节所产生的节流损失增加量45H'=30-0.01Q2=30-0.01×152=27.75(m);He'=10+0.04Q2=10+0.04×152=19(m)△H=H'-He'=8.75m(b)根据比例定律:Q/Q'=(n/n');H/H'=(n/n')2故得:泵的性能曲线上:H=H'(n/n')2,Q=Q'(n/n')于是泵性能曲线变为:H'(n/n')2=30-0.