化工原理上册课后习题及答案 下载本文

的最佳组合方式及最大流量为若干。

附表1

Q/(L/s) H/m 0 33.8 1 34.7 3 34.6 5 31.7 7 27.4 9 21.8 11 15 解:先按题给已知数据画出单台泵的特性曲线M1M2,按压头不变流量加倍的原则,画出二台泵并联时的合成特性曲线AC,又按流量不变压头加倍的原则,画出二台泵串联时的合成特性曲线DB。

对于第一种管路系统,按He=15+0.077Qe2计算出不同Qe下对应He,计算结果列于本题附表2中,然后在本题附图中画出管路特性曲线ABM1。

附表2

Q/(L/s) He/m

1 15.077

3 15.69

5 16.93

7 18.77

9 21.24

11 24.32

由图可读出泵并联时的工作点A QA=13.1L/s 泵串联时的工作点B QB=11.6 L/s 单台泵工作点M1 QM=9.2 L/s

由此可见,对于第一种管路系统,即管路特性曲线较平坦的低阻管路,用两台泵并联组合,可获得高的流量,最大流量为13.1 L/s。

对于第二种管路系统,按He=15+0.88 Qe2计算出不同Qe下对应的He,计算结果列于本题附表3,然后在本题附图中画出管路特性曲线DCM2。

附表3

Q/(L/s) He/m

1 15.88

3 22.92

5 37.0 串

D He=15+0.88Qe2

C M2

He=15+0.077Qe2 M1 B A

单台泵

7 58.12

9 86.28

由图读出泵并联时的工作点C的流量QC=4.7 L/s。 泵串联时的工作点D的流量QD=6.8 L/s

单台泵操作时其工作点M2的流量QM2=4.45 L/s。 由此可见,对于管路特性曲线较陡的高阻管路,用二台泵串

0 1 2 3

70 60 50 40 30 20 10 4

21

5 6

7 8 9

2-2附图

10 11 12 13

联可获得较大的流量,最大流量为68 L/s。

例2-3 在图示管路中装有一台离心泵,离心泵的特性曲线方程为He?40?7.2?104qV(式中

2qV的单位用m3/s表示,He的单位用m表示),管路两端的位差?z?10m,压差?p?9.51?104Pa。用此管路输送清水时,供水量为10×10-3m3/s,且管内流动已进入阻力平方区。

若用此管路输送密度为1200kg/m3的碱液,阀门开度及管路两端条件皆维持不变,试求碱液的流量和离心泵的有效功率为多少?

解:联立管路两端之间的机械能衡算式与泵特性方程可得

2 Pa 2

He??z???22?KqV?40?7.2?104qV ?g10m 1 Pa 1 据题意,当供水量为10×10-3m3/s时,泵的压头为

He?40?7.2?10?0.01?32.8m 故

442K?

He??z??p/?g?2qV32.8?10?9.81?10 2-3附图 1000?9.81?1.28?1050.012

因流动进入阻力平方区,且阀门开度不变,用此管路输送碱液K值不变,此时的管路特性方程可由两端面之间的机械能衡算式求得:

??9.81?10422255He?? z??'g?KqV?10?1200?9.81?1.28?10qV?18.3?1.28?10qV'而泵特性方程与流体密度无关,由泵和管路特性方程联立

?33 18.3?1.28?105qV?40?7.2?104qV得 qV?10.4?10m/s

22 He?18.3?1.28?10?(10.4?10)?32.2m

离心泵的有效功率为Pe'??'gHeqV?1200?9.81?32.2?10.4?10?3?3942W

?334?32当此管路输送水时, qV?10?10m/s,He?40?7.2?10?(10?10)?32.8m ?3 Pe??gHeqV?1000?9.81?32.8?10?10?3218W

'5?32'从本例计算结果可以看出,用同样的管路和离心泵输送密度较大的液体,流量不会降低(如管路两端压强相同?p?0,压头、流量与流体密度无关)。但离心泵的功率与密度成正比,需注意防止电机过载。

例2-4 某工艺过程需要使用温度为294K、压强为101.33kPa、流量为1700m3/h的空气。现用一台离心通风机,从温度为366.3K、压强为98.9kPa的静止空间吸入空气,由风机排出的空气温度不变,

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压强为102.6kPa,气体速度为46m/s,风机的效率为60%,试计算风机的轴功率。

解:风机前后压强变化与吸入压强之比为:

p2?p1102.6?98.9=?3.74%?20% p198.9空气虽为可压缩气体,但由上式计算结果知,可将空气当作不可压缩流体处理。用平均压强计算空气的平均密度:

p1?p2(102.6?98.9)?103??100.8kPa pm?2229100.8273 ?m????0.96kg/m3

22.4101.33366.3要求输送空气的摩尔流量为:

1700?70.45kmol/h 29422.4?273101.33366.3??2169m3/h 98.9273以上流量换算成吸入状态下的体积流量为: 70.45?22.4?风机操作条件下的风压

0.96?462?(102.6?98.9)?10? HT?(P2?P 1)?223?u2 =4715Pa 风机的轴功率 N?HTQ4715?2169?4.73kW

1000?3600?1000?0.60例2-5 气体密度对风机流量的影响 用离心泵通风机将空气送至表压为490.5Pa的锅炉燃烧室,通风机的特性曲线如图所示。已知在夏季(气温为20℃,大气压为101.3kPa)管路中的气体流量为2.4kg/s,且流动已进入阻力

平方区。试求在冬季气温降为-20℃,大气压不变,此管路中的气体流量为多少?

解: 由给定条件可知,在夏季气体状态与特性曲线试验条件相同,空气密度?'?1.2kg/m。通风机在夏季的体积流量 qV?

3 p/kPa 2 1 A 0 1 2 2-5附图

3 qV/(m3/s)

2.4?2m3/s 1.223

由通风机特性曲线查得,此时风机产生的风压力为pT?2.5kPa。通风机的工作点(qV?2m3/s,pT?2.5kPa)必落在下列管路特性曲线上,故

''l?'u2?490.5?K?'q2V pT'?(p2?p1)?(????)d2由此式可求得系数

2500?490.5?418.6 221.2?2?'qV29273在冬季,空气密度为????1.4kg/m3

22.4273?20 K?pT'?490.5?因管内流动已进入阻力平方区,K值不变,故在冬季管路所需要的风压与流量的关系为

22pT?p2?p1?K?qV?490.5?418.6?qV

将上式左端换算成试验条件下的风压,则 pT?pT'?2?490.5?418.6?qV ?'

pT'?490.5?'1.222?418.6?'qV?490.5??418.6?1.2qV?1.4

2pT'?420.4?502.3qV上式即相应于冬季工作条件的管路特性曲线。此管路特性曲线与泵特性曲线交点A即泵在冬季的工作点。由点A可知,在冬季管路的体积流量为2.03m3/s,质量流量为2.03×1.4=2.84kg/s。与夏季相比,质量流量增加了

2.84?2.4?18.3%

2.4从此例可以看出,当气体的压缩性可以忽略时,气体输送管路计算与液体输送管路相同,也是联立求物料衡算式、机械能衡算式、阻力系数计算式和泵特性曲线方程式。所不同的是通风机的特性曲线是以单位体积气体为基准表示的,与气体密度有关。因此,当被输送气体不是在常温常压下的空气时,管路特性曲线应事先加以换算。

从此例还可以看出,同样的管路输送气体,气体的温度降低,密度增大,质量流量可能显著增加。

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