第二章習題及答案05736

1、化工原理練習題五.計算題1. 密度為1200kg.m的鹽水，以25m3.h-1的流量流過內(nèi)徑為75mm的無縫鋼管。兩液面間的垂直距離為25m，鋼管總長為120m，管件、閥門等的局部阻力為鋼管阻力的25。試求泵的軸功率。 假設(shè)：（1）摩擦系數(shù)0.03；（2）泵的效率0.61.答案* Z12/2P1/HeZ22/2P2/g+Hf Z0，Z25m，0，0，PP HZH25H H（×/d×/2）×1.25 /A25/（3600×0.785×（0.07 5） 1.573m.s H（0.03×120/0.075×1.573/（2

2、5;9.81）×1.25 7.567m鹽水柱 H257.56732.567m NQH/10225×32.567×120 0/（3600×102） 2.66kw N軸N/2.66/0.64.43kw2.(16分) 如圖的輸水系統(tǒng)。已知管內(nèi)徑為d=50mm, 在閥門全開時輸送系統(tǒng)的(l+le ) =50m,摩擦系數(shù)可取=0.03,泵的性能曲線,在流量為6 m3.h-1至15 m3.h-12.，此處H為泵的揚程m,Q為泵的流量m3.h-1,問: (1)如要求流量為10 m3.h-1，單位質(zhì)量的水所需外加功為多少? 單位重量的水所需外加功為多少?此泵能否完成任務(wù)

3、? (2)如要求輸送量減至8 m3.h-1 (通過關(guān)小閥門來達到)，泵的軸功率減少百分之多少?(設(shè)泵的效率變化忽略不計)答案* u=10/(3600×0.785×0.05)=1.415m.s-1 hf =(l+le )/d(u2/2) =0.03×(50/0.05)(1.4152/2)=30.03Pa/+W=Pa/+Zg+hf 1 - 2W=Z2g+hf 1 - 2 =10×9.81+30.03=128.13 J.kgH需要=W/g=128.13/9.81=13.06m而H泵=18.92-0.82(10)=13.746m H泵>H需 故泵可用N=H

4、泵Q泵g/ g/=常數(shù)NH泵Q泵 N前13.746×10H泵后=18.92-0.82(8)0 . 8 =14.59N后14.59×8N后/N前=14.59×8/(13.746×10)=0.849(N前-N后)/N前=1-0.84915.1%3. 如圖3B57離心泵將20的水由敞口水池送到一壓力為2.5at的塔內(nèi),管徑為108×4mm管路全長100m(包括局部阻力的當量長度，管的進、出口當量長度也包括在內(nèi))。已知： 水的流量為56.5m.h，水的粘度為1厘泊，密度為1000kg.m，管路摩擦系數(shù)可取為0.024，試計算并回答： (1)水在管內(nèi)流動

5、時的流動形態(tài)；(2)管路所需要的壓頭和功率；答案* 已知：d=108-2×4=100mm=0.1mA=(/4)d=3.14×(1/4)×0.1=0.785×10ml+l=100m Q=56.5m.h u=Q/A=56.5/(3600×0.785×10)=2m.s=1cp=10Pa·S =1000kg.m =0.024 Re=du/=0.1×2×1000/10=2×10>4000 水在管內(nèi)流動呈湍流 以1-1面為水平基準面,在1-1與2-2面間列柏努利方程： Z+(u/2g)+(p/g)+H

6、e=Z+(u/2g)+(p/g)+hfZ=0 u=0 p0(表壓) Z=18m u=0 p/g=2.5×9.81×10/(1000×9.81)=25m hf =(l+le )/d(u/2g) =0.024×(100/0.1)×2/(2×9.81)=4.9mHe=18+25+4.9=47.9m Ne=HQg=47.9×1000×9.81×56.5/3600=7.4kw4. 如圖所示，用離心泵將水從貯水池輸送到敞口高位槽中，已知高位槽的水面離貯水池的水面高度保持為10m，輸送水量用孔板流量計測得?？装灏惭b在離

7、高位槽水面0.8m處, 孔徑為20mm，孔流系數(shù)為0.61。管路為57×3.5mm的鋼管，直管長度和局部阻力當量長度之和(包括孔板局部阻力當量長度)為250m，其中貯水池至孔板前測壓點A的直管長度和局部阻力當量長度之和為50m 。水的密度為1000kg.m，水的粘度為1cp,摩擦系數(shù)近似為=0.3164/Re。U形管中指示液均為水銀,其密度為13600kg.m。當水的流量為6.86m.h時，試確定： (1)水通過泵所獲得的外加能量為多少? (2)在孔板前測壓點A處安裝的U形管壓力計中指示液讀數(shù)R為多少? 孔板流量計的U形管中指示液讀數(shù)R為多少?答案* u=Vs/(0.785d)=6.

8、86/(0.785×0.05×3600)=0.971m.sRe=0.05×0.971×1000/(1×10)=48550=0.3164/Re0.2=0.1364/485500.25=0.0213取貯水池液面為1-1截面,高位槽液面為2-2截面,列柏努利方程式：Zg+p/+u/2+W=Zg+p/+u/2+hf 1 - 2 W=Zg +hf 1 - 2 =Zg +(l+le )/d(u/2) =10×9.81+0.0213×(250/0.05)×(0.971/2) =98.1+50.2=148.3J.kg以A點為2-2

9、截面, 在1-1與2-2截面間列柏努利方程式Zg +(p/)+(u/2)+W=Zg+(p/)+(u/2)+hf 1 - 2 (p-p)/=(pA -pa )/=W-Zg-(u/2)-(l+le )/d(u/2)=148.3-9.2×9.81-0.971/2-0.0213(50/0.05)(0.971/2)=148.3-90.252-0.4714-10.04=47.53J.kgpA -pa =47.5366×1000=47.53×10N.mR=(pA -pa )/g(o -) =47.53×10/9.81×(13600-1000)=0.3846m

10、=38.46cm根據(jù)Vs=CoSo2gR2 (o -)/ R=(Vs/CoSo)/2g(o -)式中: Co=0.61, So=0.785×0.02=3.14×10mVs=6.86/3600m.s, R=(6.86/3600)(1/(0.61×3.14×10)×1000/2×9.81×(13600-1000)=0.4m =40cm5. 欲用離心泵將20水以30m.h的流量由水池打到敝口高位槽，兩液面均保持不變，液面高差為18m，泵的吸入口在水池液面上方2m處。泵的吸入管路全部阻力為1mH2O柱，壓出管路全部阻力為3mH2O柱

11、，泵的效率為0.6，求泵的軸功率。若已知泵的允許吸上真空高度為6m，問上述安裝高度是否合適？（動壓頭可忽略）。水的密度可取1000kg.m。答案* 如圖取11，22截面，并以11截面為基準面，列柏努里方程得： HZHf 1 - 2181322mN軸QH/（102）(30/3600)×22×1000/(102×0.6)3kw Hg 允Hs 允U/2Hf 吸 615m2m Hg 實Hg 允 安裝高度合適。6. 如附圖所示， 計劃在蓄水池A的一側(cè)安裝一臺離心泵，將水輸送至列管換熱器B的殼程內(nèi)作冷卻用，要求水的流量為18 m3.h-1，水自換熱器出來后流進高位水槽C中，回

12、收他用。已知： （1）蓄水池A水面標高3m，高位槽C處進水管末端標高23m； （2）輸水管為60×3.5mm的鋼管； （3）管路部份的壓頭損失hf 19×U2/（2）mH2O，換熱器B殼程的壓力損失P73.6×U2/（2）kN.m；（式中 ，U為管內(nèi)流體流速，m.s）水1000kg.m-3 今庫存有一臺2B31型離心泵，其性能參數(shù)如下表所示，試核算選用此泵是否合適。 流 量 揚程 軸功率 允許吸入真空度 m.h m kw m 10 34.5 1.87 8.7 20 30.8 2.60 7.2 30 24 3.07 5.7 答案* 選擇計算截面11，22面如題圖所示

13、；地平面為基準面。UV/A18/3600/（(/4)(0.06-2×0.0035） 2.27m.sZP/U/2He ZP/f (P/) PP U0He （23-3）(2.27/(2×9.81)19×2.27/(2×9.81) 73.6×2.27/(2×9.81)×1000/(1000×9.81)27.2mHO由2B31型離心泵特性曲線圖查得：Q18m.h, He 31.5m（27.2）且62，而m a x 6565×9058.5（62 故此泵通用。7 某廠準備用離心泵將20的清水以40m.h的流量由敞口的

14、儲水池送到某吸收塔的塔頂。已知塔內(nèi)的表壓強為1kgf.cm2，塔頂水入口距水池水面的垂直距離為6m，吸入管和排出管的壓頭損失分別為1m和3m，管路內(nèi)的動壓頭忽略不計。當?shù)氐拇髿鈮簽?0.33m水柱，水的密度為1000kg.m?，F(xiàn)倉庫內(nèi)存有三臺離心泵，其型號和銘牌上標有的性能參數(shù)如下，從中選一臺比較合適的以作上述送水之用。 型 號 流量（m.h） 揚程（m） 允許吸上真空度m 3B57A 50 38 7.0 3B33 45 32 6.0 3B19 38 20 5.0.答案 以儲水池液面為11面，以塔頂為截面22，并以11面為基準面，列柏努利方程 ZP/U/2 ZP/U/2f Z0，Z6，P0，P

15、1.0（kgf.cm） U0 4m 69.8×10/（10×9.8）420（m） 20（m） V40 m.h 選3B33較合適。允許安裝高度 Z允=H允-u/（2g）-h吸=6.0-1=5m實際安裝高度 Z實=Z允-0.5=5-0.5=4.5m8. 如圖所示輸水系統(tǒng)，管長、管徑(均以m計) 和各局部阻力的阻力系數(shù)均標于圖中。直管部分的值均為0.03。求： 1）以流量Q m3.min和壓頭He m表示的管路特性曲線方程 2）輸水量為15m3.h-1時，要求泵提供的有效功率（以kw計）答案* （） U（d/d）U0.64U QU(/4)d×601.884U或U0.53

16、1Q U0.34Q e 20 +(3+0.2+0.03×20/0.25)U/2g + (2×0.2+0.5+1+0.03×260/0.2)U/2g 20+0.286U+2.086U 20+0.0331Q+0.5882Q20 + 0.62Q（） Q15/600.25 m/min He 20+0.62×0.2520.04m Ne QHe /600.25×20.04×1000×9.81/60819 w 0.819kw9. 現(xiàn)有一臺離心泵，銘牌上標出允許吸上真空度H36m，用來輸送20的清水，已知吸入管路的全部阻力損失為2.0 mH

17、2O，當?shù)卮髿鈮簽?0mH2O，若略去泵入口處的動壓頭。試計算此泵的允許安裝高度Hg 為多少米？答案 Hg Hs U/2f 0 62.04.0m 實際安裝高度H實4-0.5=3.5m10. 用離心泵將原油從油庫沿管內(nèi)徑為0.15m、長2公里 (包括局部阻力的當量長度)的水平管送往煉油廠。輸油量為4 m3.h-1。油泵的總效率為0.65，求泵的軸功率。某天，該油泵突然發(fā)生故障，于是開動一臺備用泵，其壓頭僅為原來泵的 80%，問此泵能輸送原油多少m3.h-1。輸送條件下,原油的密度為890kg.m,粘度為0.4Pa.s。設(shè)油庫和煉油貯罐均為常壓。 答案 該題條件下,油泵所耗功率完全用于克服管路阻力。 A=(/4)(0.15)=0.0177mu=40/(3600×0.0177)=0.63m.sRe=du/=0.15×0.63×890/0.4=210(層流) =64/Re=64/210=0.304Hf=(l/d)(u/2g) =0.304×(2000/0.15)×0.63/(2×9.81)=82.1m Ws=