中北大学化工原理课后答案 下载本文

=5.2×10Pa

(2)当泵的吸水量增加时,则u1增加,hf,0?1增加

4

根据

p0?p1u12?z1??hf,0?1可知,该式右侧初

?g2gz1保持不变外,其余两项均增加,因此可知当泵的吸水量增加

时,该真空表的读数增加。

2-2 在用水测定离心泵性能的实验中,当流量为26 m/h时,泵出口处压强表和入口处真空表的读数分别为152 kPa和24.7 kPa,轴功率为2.45 kW,转速为2900 r/min,若真空表和压强表两测压口间的垂直距离为0.4 m,泵的进出口管径相同,两测压口间管路流动阻力可忽略不计,试求该泵的效率,并列出该效率下泵的性能。[泵的效率:53.1%]

【解】取20℃时水的密度 ρ = 998.2 Kg/m 在泵出口和入口处列伯努利方程

u1/2g + P1/ρg + Η = u1/2g + P2/ρg + Ηf+ Z ∵ 泵进出口管径相同, u1= u2 不计两测压口见管路流动阻力 Ηf = 0 ∴ P1/ρg + Η =P2/ρg + Z

Η = (P2- P1)/ρg + Z = 0.4 + (152+24.7)×10/998.2×9.8 =18.46 m

该泵的效率 η = QHρg/N = 26×18.46×998.2×9.8/(2.45×10×3600) = 53.1%

2-3 要将某减压精馏塔塔釜中的液体产品用离心泵输送至高位槽,釜中的真空度p0(真)=67 kPa(其中液体处于沸腾状态,即其饱和蒸汽压等于釜中绝对压强pv=p0(绝)。泵位于地面上,Hg=3.5m,吸入管的阻力损失Hf,0-1=0.87 m。液体的密度 ρ= 986 kg/m3,已知该泵的必需汽蚀余量Δh=3.7m。试问该泵的安装位置是否适宜?[该泵的安装位置不适宜]

3

3

2

2

3

3

【解】

因此,该泵的安装位置不适宜。

2-4 拟用一台离心泵以15 m/h的流量输送常温的清水,此流量下的允许吸上真空度Hs′=5.6 m。已知吸入管的管内径为75 mm,吸入管段的压头损失为0.5 m。若泵的安装高度为4.0 m,该泵能否正常操作?设当地大气压为98.1 kPa。 [该泵能正常工作]

3

【解】

所以该泵能正常工作。

2-5 用例2-1附图所示的管路系统测定离心泵的气蚀性能参数,则需在泵的吸入管路中安装调节阀门。适当调节泵的吸入和排出管路上两阀门的开度,可使吸入管的阻力增大而流量保持不变。若离心泵的排出管直径为50 mm,吸入管直径为100 mm,孔板流量计孔口直径为35 mm,测的流量压差计读数为0.85 mmHg,吸入口真空表读数为550 mmHg时离心泵恰好发生气蚀现象。试求该流量下泵的允许气蚀余量和吸上真空度。已知水温为20℃,当地大气压为760 mmHg。[允许气蚀余量:2.69 m;允许吸上真空度:7.48 m]

【解】 确定流速:A0/A2= (d0/d2)= (35/50)= 0.49

查20℃时水的有关物性常数 ρ= 998.2Kg/m,μ = 100.5×10,PV= 2.3346 Kpa 假设C0在常数区查图,得 C0= 0.694 则

u0 = C0 [2R (ρA-ρ) g/ρ]u2 = 0.49u0= 4.93 m/s

核算: Re = d2u2ρ/μ=2.46×10> 2×105

∴假设成立

u1= u2(d2/ d1)= 1.23 m/s 允许气蚀余量

△h = (P1- P2)/ρg + u1/2g

2

2

5 1/2

3

-5

2

2

= 10.07m/s

P1= Pa - P真空度= 28.02 Kpa

△h = (28.02-2.3346)×103/998.2×9.81= 2.69 m 允许吸上高度

Hg=(Pa- PV)/ρg - △h-∑Ηf

∵ 离心泵离槽面道路很短 可以看作∑Ηf= 0 ∴ Hg=(Pa- PV)/ρg -△h

=(101.4 – 2.3346)×10/(998.2×9.81) – 2.7=7.48 m

2-6某离心水泵在转速为2900r/min下流量为50 m/h时,对应的压头为32m,当泵的出口阀门全开时,管路特性方程为

3

3

He = 20 + 0.4×105 Qe2(Qe的单位为m3/s)为了适应泵的特性,将管路上泵的出口阀门关小而改变管路特性。试求:(1) 关小

阀门后的管路特性方程;(2) 关小阀门造成的压头损失占泵提供压头的百分数。[管路特性方程:He?20?6.22?104Qe2;关小阀门损失占泵提供压头的百分数:13.4%]

【解】(1)关小阀门后的管路特性方程 管路特性方程的通式为

2 He?K?BQe

式中的K=Δz+Δp/ρg不发生变化,关小阀门后,管路的流量与压头应与泵提供的流量和压头分别相等,而B值则不同,以B表示,则有

?50?

32?20?B???3600?'2’

'425解得 B?6.22?10s/m

关小阀门后管路特性方程为

He?20?6.22?104Qe2

(2)关小阀门后的压头损失 关小阀门前管路要求的压头为

50? He?20?0.4?10????27.7m ?3600?52因关小阀门而多损失的压头为 Hf?32?27.7?4.3m

则该损失的压头占泵提供压头的百分数为

4.3?100%?13.4% 326

2

3

2-7 某离心泵压头与流量的关系可表示为:H =18 - 0.6×10Q(H单位为m,Q单位为m/s)若用该泵从常压贮水池将水抽到河道中,已知贮水池截面积为100 m,池中水深7 m。输水前池内水面低于河道水平面2 m,假设输水河道水面保持不变,且与大气相通。管路系统的压头损失可表示为:Hf =0.4×10Q(Hf单位为m,Q单位为m/s)。试求将贮水池内水全部抽出所需时间。[所需时间:55.6 h]

【解】列出管路特性方程:Ηe= K + Hf

K= △Z +△P/ρg

∵贮水池和渠道均保持常压 ∴△P/ρg = 0 ∴K=△Z

∴Ηe =△Z + 0.4×10Q 在输水之初△Z = 2m ∴Ηe =2 + 0.4×106Q

联立 H=18-0.6×106Q,解出此时的流量 Q = 4×10m/s 将贮水槽的水全部抽出 △Z = 9m ∴Ηe= 9 + 0.4×106Q'

再次联立 H=18-0.6×106Q,解出此时的流量 Q'= 3×10-3m/s ∵ 流量 Q 随着水的不断抽出而不断变小

∴ 取 Q 的平均值 Q平均 =(Q + Q')/2 = 3.5×10-3m/s 把水抽完所需时间 τ= V/Q平均= 55.6 h

2-8 用两台离心泵从水池向高位槽送水,单台泵的特性曲线方程为:H =25-1×10Q,管路特性曲线方程可近似表示为:

62

3

2

3

22

-33

26

2

2

3

2

He=10+1×105Qe2,式中Q的单位为m3/s,H的单位为m。试问两泵如何组合才能使输液量最大?(输水过程为稳态流动)[并联组

合]

分析:两台泵有串联和并联两种组合方法 串联时单台泵的送水量即为管路中的总量,泵的压头为单台泵的两倍;并联时泵的压头即为单台泵的压头,单台送水量为管路总送水量的一半。

【解】①若采用串联:则He= 2H

10 + 1×105Qe= 2×(25-1×106Q) ∴ Qe= 0.436×10m/s

-222

2

②若采用并联:Q = Qe/2

25-1×10× Qe= 10 + 1×10(Qe/2) ∴ Qe= 0.383×10m/s

总送水量 Qe'= 2 Qe= 0.765×10m/s ∴并联组合输送量大

2-9某单级、单动往复压缩机,活塞直径为200 mm,每分钟往复300次,压缩机进口的气体温度为10℃、压强为100 kPa,排气压强为505 kPa,排气量为0.6 m/min(按排气状态计)。设气缸的余隙系数为5%,绝热总效率为70%,气体绝热指数为1.4,计算活塞的冲程和轴功率。[活塞的冲程:0.23 m;轴功率:9.73 kW]

【解】(1)活塞的冲程 气体经绝热压缩后出口温度为

(1.4?1)/1.4T2?T1(p2/p1)(??1)/??283(505/100)?405K

3

-22

-22

6

2

5

2

输气量(即换算为进口气体状态)为

Vmin?0.6(283505)()?1.91m3/min 450100第一冲程实际吸入气体体积为

V1?V4?Vmin/nr?1.91/300?0.00637m3

压缩机的容积系数为

1p21/?5001.4?0?1??[()?1]?1?0.05[()?1]?0.89

p1100压缩机中活塞扫过体积(V1-V3)可由式2-48求得,即

V1?V3= V1?V4?0.00637?0.0072m3 ?00.89活塞的冲程由下式计算 V1?V3=?D2S

4即 S?0.0072/?4?0.22?0.23m

(2)轴功率 应用式2-52计算压缩机的理论功率,即

p2???11 Na?pV[()?1]?1min??1p130?1000??11.45051.411.4=100?10?1.91? [()?1]?1.4?110060?10003=6.55kW

故压缩机功率为 N?

Na??6.55/0.7?9.73kW