新版化工原理习题答案(02)第二章-流体输送机械

1第二章流体输送机械1．用离心油泵将甲地油罐的油品送到乙地油罐。管路情况如本题附图所示。启动泵之前A、C两压力表的读数相等。启动离心泵并将出口阀调至某开度时，输油量为39m3/h，此时泵的压头为38m。已知输油管内径为100mm，摩擦系数为0.02；油品密度为810kg/m3。试求（1）管路特性方程；（2）输油管线的总长度（包括所有局部阻力当量长度）。解：（1）管路特性方程甲、乙两地油罐液面分别取作1-1’与2-2’截面，以水平管轴线为基准面，在两截面之间列柏努利方程，得到2eeHKBq由于启动离心泵之前pA=pC,于是gpZK=0则2eeHBq又e38HHm])39/(38[2Bh2/m5=2.5×10–2h2/m5则22ee2.510Hq（qe的单位为m3/h）（2）输油管线总长度2e2lluHdg39π0.0136004um/s=1.38m/s于是e22229.810.1380.021.38gdHllum=1960m2．用离心泵（转速为2900r/min）进行性能参数测定实验。在某流量下泵入口真空表和出口压力表的读数分别为60kPa和220kPa，两测压口之间垂直距离为0.5m，泵的轴功率为6.7kW。泵吸入管和排出管内径均为80mm，吸入管中流动阻力可表达为2f,0113.0hu（u1为吸入管内水的流速，m/s）。离心泵的安装高度为2.5m，实验是在20℃，98.1kPa习题1附图2的条件下进行。试计算泵的流量、压头和效率。解：（1）泵的流量由水池液面和泵入口真空表所在截面之间列柏努利方程式（池中水面为基准面），得到10,211120fhupgZ将有关数据代入上式并整理，得48.3581.95.2100010605.3321u184.31um/s则2π(0.083.1843600)4qm3/h=57.61m3/h(2)泵的扬程29.04mm5.081.9100010)22060(3021hHHH(3)泵的效率s29.0457.6110009.81100%1000360010006.7HqgP=68%在指定转速下，泵的性能参数为：q=57.61m3/hH=29.04mP=6.7kWη=68%3．对于习题2的实验装置，若分别改变如下参数，试求新操作条件下泵的流量、压头和轴功率（假如泵的效率保持不变）。（1）改送密度为1220kg/m3的果汁（其他性质与水相近）；（2）泵的转速降至2610r/min。解：由习题2求得：q=57.61m3/hH=29.04mP=6.7kW（1）改送果汁改送果汁后，q，H不变，P随ρ加大而增加，即12206.71.22kW=8.174kW1000PP(2)降低泵的转速根据比例定律，降低转速后有关参数为hm85.51hm2900261061.5733qm52.23m2900261004.292H4.884kWkW290026107.63P4．用离心泵（转速为2900r/min）将20℃的清水以60m3/h的流量送至敞口容器。此流量下吸入管路的压头损失和动压头分别为2.4m和0.61m。规定泵入口的真空度不能大于64kPa。泵的必需气蚀余量为3.5m。试求（1）泵的安装高度（当地大气压为100kPa）；（2）若改送55℃的清水，泵的安装高度是否合适。3解：(1)泵的安装高度在水池液面和泵入口截面之间列柏努利方程式（水池液面为基准面），得2a11gf,01()2ppuHHgg即3g64100.612.410009.81H51.3gHm（2）输送55℃清水的允许安装高度55℃清水的密度为985.7kg/m3，饱和蒸汽压为15.733kPa则avgf,01()ppHNPSHHg=4.2)5.05.3(81.97.98510)733.15100(3m=2.31m原安装高度（3.51m）需下降1.5m才能不发生气蚀现象。5．对于习题4的输送任务，若选用3B57型水泵，其操作条件下（55℃清水）的允许吸上真空度为5.3m，试确定离心泵的安装高度。解：为确保泵的安全运行，应以55℃热水为基准确定安装高度。m29.24.261.03.521f,021SgHguHH泵的安装高度为2.0m。6．用离心泵将真空精馏塔的釜残液送至常压贮罐。塔底液面上的绝对压力为32.5kPa(即输送温度下溶液的饱和蒸汽压)。已知：吸入管路压头损失为1.46m，泵的必需气蚀余量为2.3m，该泵安装在塔内液面下3.0m处。试核算该泵能否正常操作。解：泵的允许安装高度为avgf,01ppHNPSHHg式中0gppva则-4.26mm]46.1)5.03.2([gH泵的允许安装位置应在塔内液面下4.26m处，实际安装高度为–3.0m，故泵在操作时可能发生气蚀现象。为安全运行，离心泵应再下移1.5m。7．在指定转速下，用20℃的清水对离心泵进行性能测试，测得q～H数据如本题附表所示。习题7附表1q(m3/min)00.10.20.30.40.5H/m37.238.03734.531.828.5在实验范围内，摩擦系数变化不大，管路特性方程为2ee1280.0Hq（qe的单位为m3/min）试确定此管路中的q、H和P(η=81%)401020304000.10.20.30.40.5H/m习题7附图解：该题是用作图法确定泵的工作点。由题给实验数据作出q～H曲线。同时计算出对应流量下管路所要求的He，在同一坐标图中作qe～He曲线，如本题附图所示。两曲线的交点M即泵在此管路中的工作点，由图读得q=0.455m3/min，H=29.0m，则s29.00.4551000102601020.81HqPkW=2.66kW习题7附表2qe/(m3/min)00.10.20.30.40.5He/m12.012.815.219.224.832.0注意：在低流量时，q～H曲线出现峰值。8．用离心泵将水库中的清水送至灌溉渠，两液面维持恒差8.8m，管内流动在阻力平方区，管路特性方程为52ee8.85.210Hq（qe的单位为m3/s）单台泵的特性方程为25102.428qH（q的单位为m3/s）试求泵的流量、压头和有效功率。解：联立管路和泵的特性方程便可求泵的工作点对应的q、H，进而计算Pe。管路特性方程52ee8.85.210Hq泵的特性方程25102.428qH联立两方程，得到q=4.52×10–3m3/sH=19.42m则3es19.424.521010009.81PHqgW=861W9．对于习题8的管路系统，若用两台规格相同的离心泵（单台泵的特性方程与习题8相同）组合操作，试求可能的最大输水量。解：本题旨在比较离心泵的并联和串联的效果。（1）两台泵的并联2525)2(102.428102.58.8qq解得：q=5.54×10–3m3/s=19.95m3/hq～HMqe～He习题7附图q/(m3/min)5(2)两台泵的串联)102.428(2102.58.82525qq解得：q=5.89×10–3m3/s=21.2m3/h在本题条件下，两台泵串联可获得较大的输水量21.2m3/h。10．采用一台三效单动往复泵，将敞口贮槽中密度为1200kg/m3的粘稠液体送至表压为1.62×103kPa的高位槽中，两容器中液面维持恒差8m，管路系统总压头损失为4m。已知泵的活塞直径为70mm，冲程为225mm，往复次数为200min-1，泵的容积效率和总效率分别为0.96和0.91。试求泵的流量、压头和轴功率。解：（1）往复泵的实际流量2vrπ330.960.070.2252004qASnm3/min=0.499m3/min(2)泵的扬程6e1.6210(84)12009.81HHm=149.6m(3)泵的轴功率s149.60.4991200102601020.91HqPkW=16.08kW11．用离心通风机将50℃、101.3kPa的空气通过内径为600mm，总长105m（包括所有局部阻力当量长度）的水平管道送至某表压为1×104Pa的设备中。空气的输送量为1.5×104m3/h。摩擦系数可取为0.0175。现库房中有一台离心通风机，其性能为：转速1450min-1，风量1.6×104m3/h，风压为1.2×104Pa。试核算该风机是否合用。解：将操作条件的风压和风量来换算库存风机是否合用。2T21f()2uHpph4m1101013002pPa=106300Pam1063002931.205101330323kg/m3=1.147kg/m3sv22m15000101300ππ36000.610630044Vpudpm/s=14.40m/s则24T10514.401101.1470.017510.62HPa=10483Pa147.12.110483THPa=10967Pa库存风机的风量q=1.6×104m3/h，风压HT=1.2×104Pa均大于管路要求（qe=1.5×104m3/h，HT=10967Pa），故风机合用。12．有一台单动往复压缩机，余隙系数为0.06，气体的入口温度为20℃，绝热压缩指数为1.4，要求压缩比为9，试求（1）单级压缩的容积系数和气体的出口温度；（2）两级压缩的容积系数和第一级气体的出口温度；（3）往复压缩机的压缩极限。解：（1）单级压缩的容积系数和气体的出口温度67718.01906.01114.111120kpp4.14.0112129293kkppTTK=548.9K（2）两级压缩的容积系数和第一级气体出口温度改为两级压缩后，每级的压缩比为39212112ppx则重复上面计算，得到9285.01306.014.1100.41.412933TK=401K（3）压缩极限0111120kpp即1106.04.1112pp解得71.5512pp