化工原理(第四版)习题解--第二章--流体输送机械

23第二章流体输送机械离心泵特性【2-1】某离心泵用15℃的水进行性能实验，水的体积流量为540m3/h，泵出口压力表读数为350kPa，泵入口真空表读数为30kPa。若压力表与真空表测压截面间的垂直距离为350mm，吸入管与压出管内径分别为350mm及310mm，试求泵的扬程。解水在15℃时./39957kgm，流量/Vqmh3540压力表350MpkPa，真空表30VpkPa（表压）压力表与真空表测压点垂直距离00.35hm管径..12035031dmdm，流速/  ./(.)1221540360015603544Vqumsd.  ../.221212035156199031duumsd扬程222102MVppuuΗhρgg()(.)(.)....332235010301019915603599579812981....m0353890078393水柱【2-2】原来用于输送水的离心泵现改为输送密度为1400kg/m3的水溶液，其他性质可视为与水相同。若管路状况不变，泵前后两个开口容器的液面间的高度不变，试说明：(1)泵的压头（扬程）有无变化；(2)若在泵出口装一压力表，其读数有无变化；(3)泵的轴功率有无变化。解(1)液体密度增大，离心泵的压头（扬程）不变。（见教材）(2)液体密度增大，则出口压力表读数将增大。(3)液体密度增大，则轴功率VqgHP将增大。【2-3】某台离心泵在转速为1450r/min时，水的流量为18m3/h，扬程为20m(H2O)。试求：(1)泵的有效功率，水的密度为1000kg/m3;(2)若将泵的转速调节到1250r/min时，泵的流量与扬程将变为多少？解(1)已知/,/VqmhHmkgm3318201000水柱，有效功率.eVPqgHW18100098120981360024(2)转速/min11450nr时流量3118Vqmh／，扬程1220mHOH柱转速 /min21250nr流量./322111250181551450VVnqqmhn扬程.2222121125020149mHO1450nHHn柱管路特性曲线、工作点、等效率方程【2-4】用离心泵将水由敞口低位槽送往密闭高位槽，高位槽中的气相表压为98.1kPa，两槽液位相差4m且维持恒定。已知输送管路为45mm×2.5mm，在泵出口阀门全开的情况下，整个输送系统的总长为20m（包括所有局部阻力的当量长度），设流动进入阻力平方区，摩擦系数为0.02。在输送范围内该离心泵的特性方程为5228610VHq（Vq的单位为m3/s，H的单位为m）。水的密度可取为1000kg/m3。试求：（1）离心泵的工作点；（2）若在阀门开度及管路其他条件不变的情况下，而改为输送密度为1200kg/m3的碱液，则离心泵的工作点有何变化？解（1）管路特性方程20VHHkq其中30398.1104109.81=14ΔpHΔzg5252588200.023.23103.149.810.04elΣlkgd故管路特性方程52143.2310VHq离心泵特性方程5228610VHq两式联立525228610143.2310VVqq得工作点下的流量与压头333.8910/Vqms，18.92Hm（2）当改送密度为1200kg/m3的碱液时，泵特性方程不变，此时管路特性方程3'0'98.110412.312009.81ΔpHΔzg流动进入阻力平方区，且阀门开度不变，则k不变。因此管路特性方程变为5212.33.2310VHq将该方程与泵特性方程联立2552522861012.33.2310VVqq得新工作点下流量及压头'334.1210/Vqms，'17.78Hm【2-5】在一化工生产车间，要求用离心泵将冷却水由贮水池经换热器送到另一敞口高位槽，如习题2-5附图所示。已知高位槽液面比贮水池液面高出10m，管内径为75mm，管路总长（包括局部阻力的当量长度在内）为400m。流体流动处于阻力平方区，摩擦系数为0.03。流体流经换热器的局部阻力系数为32。离心泵在转速/minnr2900时的VHq特性曲线数据见下表。/31Vqms00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008/Hm2625.524.5232118.515.5128.5试求：(1)管路特性方程；(2)工作点的流量与扬程；(3)若采用改变转速的方法，使第(2)问求得的工作点流量调节到.333510ms／，应将转速调节到多少？（参看例2-3）。解已知.,,.,007540000332edmllm(1)管路特性方程20VHHkq0210010pHZmHOg2548ellkgdd...(.)(.)52548400320035021098100750075.521050210VHq(2)工作点的流量与扬程管路特性曲线的Vq与H计算值如下/31Vqms00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008/Hm1010.51214.51822.62834.642.1工作点流量./300045VAqms，扬程.AHmHO2198(3)将工作点流量从./300045VAqms调节到./300035VCqms，泵的转速应由/min2900r习题2-5a附图26调节到多少？将./300035VCqms代入管路特性方程，求得.(.).CHmHO522105021000035161等效率方程2VHKq系数..(.)6221611311000035CVCHKq得等效率方程.6213110VHq等效率方程的计算值如下31Vqms／00.0010.0020.0030.0040.0045/Hm01.315.2411.82126.5从2900/minnr的泵特性曲线与等效率曲线的交点D，得到./,VDDqmsHmHO32000421流量为./300035VCqms时的转速为./min.VCCDVDqnnrq00035290025380004.%DCDnnn290025381001001252900转速变化小于20%，效率基本不变。习题2-5b附图27离心泵的并联及串联【2-6】若习题2-5第2问改为两台泵并联操作，管路特性曲线不变，试求泵工作点的流量与扬程。解习题2-6附图中点A为工作点流量./Vqms300053，扬程.Hm237水柱【2-7】若习题2-4第2问改为两台泵串联操作，管路特性曲线不变，试求工作点的流量与扬程。解习题2-7附图中点A为工作点，流量./Vqms300061，扬程.Hm3002水柱离心泵的安装高度【2-8】用型号为IS6550125的离心泵，将敞口水槽中的水送出，吸入管路的压头损失为4m，当地环境大气的绝对压力为98kPa。试求：(1)水温20℃时泵的安装高度，(2)水温80℃时泵的安装高度。解已知环境大气压力098pkPa（绝压）吸入管()24fHmHO，查得泵的汽蚀余量Δh=2m(1)20℃的水，饱和蒸气压.2338VpkPa，密度./39982kgm最大允许安装高度为(.) ...30允许98233810=241629982981VfgppHhHmg输送20℃水时，泵的安装高度1.62gHm(2)80℃的水，饱和蒸气压.4738VpkPa，密度./39718kgm最大允许安装高度为习题2-7附图习题2-6附图28(.)...30允许98473810=240699718981VfgppHhHmg输送80℃水时，泵的安装高度.069gHm【2-9】用离心泵将密闭容器中的有机液体送出，容器内液面上方的绝压为85kPa。在操作温度下液体的密度为850kg/m3，饱和蒸汽压为72.12kPa。吸入管路的压头损失为1.5m，所选泵的允许汽蚀余量为3.0m。现拟将泵安装在液面以下2.5m处，问该泵能否正常操作？解泵的最大允许安装高度(.)....30允许85721210=3015296850981VfgppHhHmg而实际安装高度Hg实2.5mgH允＝，说明此泵安装不当，泵不能正常操作，会发生汽蚀现象。为保证泵的正常操作，泵应至少安装在液面下方3.5m或更低。【2-10】用离心泵输送80℃热水，今提出如下两种方案（见习题2-10附图）。若两方案的管路长度（包括局部阻力的当量长度）相同，离心泵的汽蚀余量2hm。试问这两种流程方案是否能完成输送任务？为什么？环境大气压力为.10133kPa。解水在80℃时饱和蒸气压.4738VpkPa，密度./39718kgm，汽蚀余量2hm，大气压力.010133pkPa最大允许安装高度为(..)...30允许10133473810=23669718981VfffgppHhHHHg第(2)方案的安装高度7gHm，大于gH允许，不能完成输送任务。第(1)方案的安装高度1gHm若.fH1366．则.466fHm水柱时可以用。习题2-10附图29离心泵的选用【2-11】用离心泵从江中取水送入贮水池内，池中水面高出江面20m，管路长度（包括局部阻力的当量长度）为45m。水温为20℃，管壁相对粗糙度.0001d=。要求输水量为/mh32025～。(1)试选择适当管径；(2)试选择一台离心泵。解20℃水的./,.339982100410kgmPas,.45=0001ellmd最大流量/Vqmh325(1)管径d从教材表1-3中选管路中水的流速.25ums／/...253600005955952544Vqdmmmu选公称直径65mm的低压流体输送用焊接钢管管径为..mmmm755375，内径..755375268dmm最后计算流速/./(.)22253600191006844Vqumsd此流速在表1-4中的../1530ms～范围内(2)选离心泵扬程22fpuHZHgg,,20020puZm...Re..530068191998212910100410du查得.00218(.)...224519100218268200682981eflluHmdg．扬程..202682268Hm有效功率....259982981226815401543600eVPqgHWkW设泵的效率.=065轴功率...154==237065ePPkW选用离心泵IS6550160其流量范围为/mh31530～，扬程范围为3530m～，转速为/minr2900，轴功率为..kW265371～，汽蚀余量.225hm～。30【2-12】有一台离心泵的额定流量为16.8m3/h，扬程为18m。试问此泵是否能将密度为1060kg/m3，流量为250L/min的液体，从敞口贮槽向上输送到表压为30kPa的设备中？敞口贮槽与高位设备的液位垂直距离为8.5m。管路的管径为..mmmm755375，管长为124m（包括直管长度与所有管件的当量长度），摩擦系数为0.03。解流量/min/VqLmh325025060151000流速/./(.)22153600115006844Vqumsd压头 ellpuHZgdg22(.)