化工原理(管國鋒主編第三版)課后習(xí)題答案2流體輸送機(jī)械

1、第2章 流體輸送機(jī)械1）某盛有液體的圓筒容器，容器軸心線為鉛垂向，液面水平，如附圖中虛線所示。當(dāng)容器以等角速度繞容器軸線旋轉(zhuǎn)，液面呈曲面狀。試證明：液面為旋轉(zhuǎn)拋物面。液相內(nèi)某一點(diǎn)（r，z）的壓強(qiáng)。式中為液體密度。解 題給條件下回旋液相內(nèi)滿足的一般式為 （常量） 取圓柱坐標(biāo)如圖，當(dāng)Z=0,r=0,P=P0,C=P0故回旋液體種，一般式為 液面為P=P0的等壓面，為旋轉(zhuǎn)拋物面又即：h0=H=2h0某一點(diǎn)（r,Z）的壓強(qiáng)P:2）直徑0.2m、高0.4m的空心圓桶內(nèi)盛滿水，圓筒定該中心處開有小孔通大氣，液面與頂蓋內(nèi)側(cè)面齊平，如附圖所示，當(dāng)圓筒以800rpm轉(zhuǎn)速繞容器軸心線回旋，問：圓筒壁內(nèi)側(cè)最高點(diǎn)與最

2、低點(diǎn)的液體壓強(qiáng)各為多少？解 取圓柱坐標(biāo)如圖，當(dāng)Z=0,r=0,P=P0 ,C=P0 故回旋液體種，一般式為 B點(diǎn)：Z=0,r=R=0.1m, C點(diǎn):Z=-0.4m,r=0.1m, 3）以堿液吸收混合器中的CO2的流程如附圖所示。已知：塔頂壓強(qiáng)為0.45at（表壓），堿液槽液面與塔內(nèi)堿液出口處垂直高度差為10.5m，堿液流量為10m3/h，輸液管規(guī)格是57×3.5mm，管長共45m（包括局部阻力的當(dāng)量管長），堿液密度，粘度，管壁粗糙度。試求：輸送每千克質(zhì)量堿液所需軸功，J/kg。輸送堿液所需有效功率，W。解 ,查得 4）在離心泵性能測(cè)定試驗(yàn)中，以2 泵汲入口處真空度為220mmHg，以

3、孔板流量計(jì)及U形壓差計(jì)測(cè)流量，孔板的孔徑為35mm，采用汞為指示液，壓差計(jì)讀數(shù)，孔流系數(shù)，測(cè)得軸功率為1.92kW，已知泵的進(jìn)、出口截面間的垂直高度差為0.2m。求泵的效率。解 5）IS65-40-200型離心泵在時(shí)的“揚(yáng)程流量”數(shù)據(jù)如下：V  m3/h7.512.515He  m13.212.511.8用該泵將低位槽的水輸至高位槽。輸水管終端高于高位槽水面。已知低位槽水面與輸水管終端的垂直高度差為4.0m，管長80m（包括局部阻力的當(dāng)量管長），輸水管內(nèi)徑40mm，摩擦系數(shù)。試用作圖法求工作點(diǎn)流量。 V m3/h7.5 12.515He m9.6019.526.4He m1

4、3.212.511.8由作圖法得，工作點(diǎn)流量V=9.17m3/h6）IS65-40-200型離心泵在時(shí)的“揚(yáng)程流量”曲線可近似用如下數(shù)學(xué)式表達(dá)：，式中He為揚(yáng)程，m，V為流量，m3/h。試按第5題的條件用計(jì)算法算出工作點(diǎn)的流量。解 7）某離心泵在時(shí)的“揚(yáng)程流量”關(guān)系可用表示，式中He為揚(yáng)程，m，V為流量，m3/h?，F(xiàn)欲用此型泵輸水。已知低位槽水面和輸水管終端出水口皆通大氣，二者垂直高度差為8.0m，管長50m（包括局部阻力的當(dāng)量管長），管內(nèi)徑為40mm，摩擦系數(shù)。要求水流量15 m3/h。試問：若采用單泵、二泵并連和二泵串聯(lián)，何種方案能滿足要求？略去出口動(dòng)能。8）有兩臺(tái)相同的離心泵，單泵性能為

5、，m，式中V的單位是m3/s。當(dāng)兩泵并聯(lián)操作，可將6.5 l/s的水從低位槽輸至高位槽。兩槽皆敞口，兩槽水面垂直位差13m。輸水管終端淹沒于高位水槽水中。問：若二泵改為串聯(lián)操作，水的流量為多少？9）承第5題，若泵的轉(zhuǎn)速下降8%，試用作圖法畫出新的特性曲線，并設(shè)管路特性曲線不變，求出轉(zhuǎn)速下降時(shí)的工作點(diǎn)流量。解 設(shè)原來轉(zhuǎn)速為n，后來轉(zhuǎn)速n=0.92n,前后各有關(guān)參量的關(guān)系為：可由原來的（He,V）數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)算出新轉(zhuǎn)速時(shí)的（He V）數(shù)據(jù) ，如下表所示：轉(zhuǎn)速nV m3/h7.512.515He m13.212.511.8轉(zhuǎn)速nV m3/h6.911.513.8He m11.1710.589.99

6、管路特性曲線：He =4.0+0.0995V2 m ,(Vm3/h),可作圖法得（V,He ）,數(shù)據(jù)如下：（6.9,8.74）,(11.5,17.16) ,(13.3,22.9)由作圖法得，工作點(diǎn)V=8.8m3/h 10）用離心泵輸送水，已知所用泵的特性曲線方程為：。當(dāng)閥全開時(shí)的管路特性曲線方程：（兩式中He、Hem，Vm3/h）。問：要求流量12m3/h，此泵能否使用？若靠關(guān)小閥的方法滿足上述流量要求，求出因關(guān)小閥而消耗的軸功率。已知該流量時(shí)泵的效率為0.65。解: (1) He=360.02V2 He=120.06V2 He=He，解得V=17.3m3/h 適用 (2) 當(dāng)V=12m3/h

7、 He=36-0.02´122=33.12m，He=120.06V2=120.06´122=20.64m 11）用離心泵輸水。在n = 2900 r/min時(shí)的特性為He = 360.02V2，閥全開時(shí)管路特性為 He= 120.06V2 (兩式中He、He-m , V-m3/h)。試求：泵的最大輸水量；要求輸水量為最大輸水量的85 %，且采用調(diào)速方法，泵的轉(zhuǎn)速為多少？解：(1) He=36-0.02V2 He=12+0.06V2 He=He，解得V=17.3m3/h (2) V=0.85V=14.7m3/h，令調(diào)速后轉(zhuǎn)速為n r/min H=()2H V= 泵: (290

8、02/n2)H=36-0.02´(29002/n2)V2 H=36´ n2/(29002)-0.02V2 當(dāng)V=14.7m3/h 則H=( n2/29002)´36-0.02´14.72 He=12+0.06V2 =12+0.06´14.72=24.97m 由He=He，解得n=2616r/min12) 用泵將水從低位槽打進(jìn)高位槽。兩槽皆敞口，液位差55m。管內(nèi)徑158mm。當(dāng)閥全開時(shí)，管長與各局部阻力當(dāng)量長度之和為1000m。摩擦系數(shù)0.031。泵的性能可用He = 131.80.384V表示(He-m , V-m3/h)。試問：要求流量為1

9、10m3/h，選用此泵是否合適？若采用上述泵，轉(zhuǎn)速不變，但以切割葉輪方法滿足110m3/h流量要求，以D、D 分別表示葉輪切割前后的外徑，問D/D為多少？解：(1)管路He=H0+KV2 =Dz+8l(l+Sle)/(p2gd5)Vs2=55+2.601´104Vs2=55+0.00201V2 =55+8´0.031´1000/(p2´9.81´0.1585) Vs2 由He=131.8-0.384V He=55+0.00201V2 得V=122.2 m3/h >110 m3/h 適用 (2) H=(D/D)2H V=(D/D)V 切削葉

10、輪后：(D/D)2H=131.8-0.384(D/D)V 即 H=(D/D)2´131.8-0.384(D/D)V V=110 m3/h 時(shí)，H=(D/D)2´131.8-0.384(D/D)V=(D/D)2´131.8-0.384(D/D) ´110 =131.8(D/D)2-42.24(D/D) He=55+0.00201V2 =55+0.00201´1102=79.32 m ，由He=H，解得D/D=0.95213） 某離心泵輸水流程如附圖示。泵的特性曲線方程為：He=42-7.8´104V2 (He-m , V-m3/s)。圖

11、示的p為1kgf/cm2(表)。流量為12 L/s時(shí)管內(nèi)水流已進(jìn)入阻力平方區(qū)。若用此泵改輸r=1200kg/m3的堿液, 閥開啟度、管路、液位差及P值不變，求堿液流量和離心泵的有效功率。 習(xí)題13 附圖解：p=1kgf/cm2=9.807´104Pa V=12L/s=0.012m3/s 管路He=H0+KV2=10+(9.807´104)/(9.807´1000)+KV2=20+K´0.0122 He=42-7.8´104´0.0122=30.77 m He=HeK=7.48´104 改輸堿液閥門開度、管路不變 K=7.48

12、´104 不變 管路: He=Dz+p/(rg)+KV2=10+9.81´104/(9.81´1200)+7.48´104V2 =18.33+7.48´104V2 泵 He=42-7.8´104V2 He=He ，解得：V=0.0124m3/s He=42-7.8´104V2=42-7.8´104´0.01242=30.0 m Ne= HegVr=30.0´9.81´0.0124´1200=4.38´103W14) 某離心泵輸水，其轉(zhuǎn)速為2900r/min，已知在本

13、題涉及的范圍內(nèi)泵的特性曲線可用方程He = 36-0.02V來表示。泵出口閥全開時(shí)管路特性曲線方程為： He = 12 + 0.05V2(兩式中He、He¾m，V¾m3/h)。求泵的最大輸水量。當(dāng)要求水量為最大輸水量的85 %時(shí)，若采用庫存的另一臺(tái)基本型號(hào)與上述泵相同，但葉輪經(jīng)切削5 %的泵，需如何調(diào)整轉(zhuǎn)速才能滿足此流量要求？解：(1)由He=36-0.02V He=12+0.05V2 令He=He 解得V=21.71m3/h (2)D/D=0.95 V=0.85V=0.85´21.71=18.45m3/h 另一泵：He=36´0.952-0.02

14、80;0.95V=32.49-0.019V 調(diào)整轉(zhuǎn)速后：He=32.49(n/2900)2-0.019(n/2900)V =32.49(n/2900)2-0.019(n/2900) ´18.45 =32.49(n/2900)2-0.351(n/2900) 又 He=12+0.05V2 =12+0.05´18.452=29.02 m，由 He=He 解得n=2756 r/min15) 某離心泵輸水流程如圖示。水池敞口，高位槽內(nèi)壓力為0.3at(表)。該泵的特性曲線方程為：He=48-0.01V2 (He¾m , V¾m3/h)。在泵出口閥全開時(shí)測(cè)得流量為3

15、0m3/h?，F(xiàn)擬改輸堿液，其密度為1200kg/m3，管線、高位槽壓力等都不變，現(xiàn)因該泵出現(xiàn)故障，換一臺(tái)與該泵轉(zhuǎn)速及基本型號(hào)相同但葉輪切削5 %的離心泵進(jìn)行操作，問閥全開時(shí)流量為多少？ 解：p=0.3at=2.94´104 Pa 管路He=Dz+p/(rg)+KV2=20+2.94´104/(9.81´1000)+KV2=23+KV2 V=30m3/h時(shí)He=48-0.01V2=48-0.01´302=39 m 習(xí)題15 附圖He=23+KV2=23+K´302 由于He=He K=0.0178 管路He=23+0.0178V2 泵: He=4

16、8´(D/D)2-0.01V2=48´0.952-0.01V2=43.32-0.01V2 改泵后管路: He=Dz+p/(rg)+KV2=20+2.94´104/(9.81´1200)+0.018V2 =22.5+0.018V2 He=43.32-0.01V2 He=22.5+0.018V2 得V=27.3 m3/h16) IS100-80-160型離心泵， P0=8.6mH2O,水溫150C,將水由低位槽汲入泵，有管路情況基本的性能，知V=60m3/h,查的h,允=3.5m,已知汲入管阻力為2.3m,H2O,求最大安裝高度解 150C清水：=9999k

17、g./m3,PV=1705.16Pa 17) 100KY100-250型離心泵，P0=8.6mH2O,水溫150C,將水由低位槽汲入泵，已知工作點(diǎn)流量為100m3/h,查得HS=5.4m,汲水管內(nèi)徑為100mm,汲水管阻力為5.4mH2O。求Hg,max 18）大氣狀態(tài)是10、750mmHg(絕壓)。現(xiàn)空氣直接從大氣吸入風(fēng)機(jī)，然后經(jīng)內(nèi)徑為800mm的風(fēng)管輸入某容器。已知風(fēng)管長130m，所有管件的當(dāng)量管長為80m，管壁粗糙度，空氣輸送量為2×104m3/h (按外界大氣條件計(jì))。該容器內(nèi)靜壓強(qiáng)為1.0×104Pa(表壓)。庫存一臺(tái)9-26型No.8離心式風(fēng)機(jī)，當(dāng)流量為2198

18、2 m3/h，mmH2O，其出風(fēng)口截面為0.392×0.256m2。問：該風(fēng)機(jī)能否適用？19） 離心式風(fēng)機(jī)輸送空氣，由常壓處通過管道水平送至另一常壓處。流量6250kg/h。管長1100m(包括局部阻力)，管內(nèi)徑0.40m,摩擦系數(shù)0.0268。外界氣壓1kgf/cm2，大氣溫度20，。若置風(fēng)機(jī)于管道出口端，試求風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓。提示：1. 風(fēng)管兩端壓力變化(p1-p2)/p1< 20 %時(shí)，可視為恒密度氣體，其rM值按平均壓力(p1+p2)/2計(jì)算。2. 為簡化計(jì)算，進(jìn)風(fēng)端管內(nèi)氣體壓力視為外界氣壓。3. 管道兩端壓差< 104Pa 解: 以下以H表示管路的壓降 (p1p2)。 pm=p0+(p0H)/2=p0H/2 rm=pm·M/(RT)=(p0H/2)M/(RT) H=l(l/d)(u2/2) rm=l(l/d)( rm u)2/(2rm) =llW2/(p/4)d222drm =8llW2RT/p2d5