化工原理第二章习题.doc

1. 用一离心泵将敞口低位槽中的水送到高位水槽中，两水槽的垂直距离为8m，且已知高位槽内的压力为200kPa（表压）。当管路内供水量为40m3/h时，管内流动已进入完全湍流区。已知该泵的特性方程为（H单位为m,Q单位为m3/h）.现该管路系统改送密度为1200kg/m3的碱液，阀门开度和其它管路条件都不变，问此时泵的流量和有效功率是多少？解：输送水时，管路特性曲线方程为，于是得管路特性方程为：该泵在水流量为40m3/h时的工作压头可由离心泵的特性方程求出：代入管路特性方程可得B值：B=0.0035改为输送碱液时，B值不变，于是管路特性方程变为： 泵的特性方程不变，此时它与管路特性方程求解可得输送碱液时的工作点：Q=44.6m3/h, H=32m有效功率：2. 用离心泵向水洗塔送水。在额定转速下，从泵特性曲线查得：当输水量为0.013m3/s时，泵提供的扬程为45m。阀门全开时管路特性曲线可用（单位为m3/s）表示。为了将管路流量调节到0.013m3/s，需关小阀门至一定位置。问：（1） 因关小阀门而损失的压头；（2） 关小阀门后管路特性曲线方程如何表示？解：（1）该泵在流量为0.013m3/s时可为流体提供的压头是45m。泵安装于管路时且当阀门全开时，流量达到0.013m3/s管路所需要的压头为：；采用关小阀门，这样泵的扬程上升至H=45m时流量会达到要求；（45-38.59）=6.41m即为关小阀门而引起的压头损失。(2)关小阀门后，管路特性将与原来有所不同，在中，不变，B将发生变化。此时压头达到45，流量达到0.013，将这些数据代入方程中可得因此新的管路特性方程为：3. 离心泵工作点的变化与流量调节。用离心泵将20的水从水池送入高压高位槽（见图2-15）。泵的进、出口处分别装有真空表及压力表。在一定转速下测得离心泵的流量、扬程、泵出口压力p表、泵入口真空度p真以及泵的轴功率。现改变以下各条件之一而其它条件不变，问上述离心泵各参数将如何变化？（1） 出口阀门开度增大；（2） 液体密度改为1500 kg/m3；（3） 泵叶轮直径减小5%；（4） 转速提高5%。解：（1）出口阀门开度增大，则管路阻力变小，管路特性曲线变平缓；但其起点不变；泵的特性不会发生变化。因此，出口阀门开度增大将使工作点向右下方移动(图中由D到E)，结果是流量Q增大、扬程He下降、轴功率N上升。以低位槽液面为上游截面（1-1）、以压力表所在处为下游截面（4-4），写柏努利方程：（1）当出口阀门开大时，上式右端各变量中，He下降、u4上升；其余量都不变。因此，压力表读数下降。以低位槽液面为上游截面（1-1）、以压力表所在处为下游截面（3-3），写柏努利方程：（2）当出口阀门开大时，上式右端各变量中，u3上升、上升，其余量不变。因此，真空表读数上升。（2）高位槽为密闭容器，故管路特性曲线在H轴上截距中的为正。当被输送液体密度增大时，A下降，管路特性曲线向下平移，如图所示。工作点由A点移到B点。结果是流量Q增大、扬程He下降、轴功率N上升(泵的HQ曲线不随被输送液体密度的变化而变化)。 当流量增加时，管内流速和能量损失都增大，由式（2）可知，真空表读数增大。以压力表所在处（4-4）为上游截面，以管路出口处（2-2）为下游截面，写柏努利方程：（3）其中。由式（3）可以看出，流量增加时，管路能量损失增大，在流体密度上升的情况下，压力表读数是增加的。（3）叶轮直径减小5%时泵的特性曲线变化情况如图所示，特性曲线由1变为3，工作点由C变为D，结果是流量Q减小、扬程He下降、轴功率N下降。（用切割定律也可得到相同的结论） 流量减小时，管路能量损失减小，由式（2）可知，真空表读数下降。流量减小时，管路能量损失减小，由式（3）可以看出，压力表读数要减小。（4）转速提高5%时泵的特性曲线变化如图所示，特性曲线由1变为2，工作点由C变为E，结果是流量Q增加、扬程He上升、轴功率N上升。由式（3）可知，压力表读数增加；由式（2）可知，真空表读数增加。点评：离心泵的工作状态与其工作点对应，而工作点由泵的特性和管路的特性共同决定。改变这两种特性都可以使工作点发生变化，对应的流量、压力、轴功率、压力表和真空表都会发生变化。工程上，离心泵所在管路的流量调节也正是基于这一原理而实现的。4 离心泵安装高度的影响因素用某种型号的离心泵从敞口容器中输送液体，离心泵的吸入管长度为12m，直径为62mm。假定吸入管内流体流动已进入阻力平方区，直管摩擦阻力系数为0.028，总局部阻力系数.1，当地的大气压为1.013105Pa。试求此泵在以下各种情况下允许安装高度为多少？（1） 输送流量为25m3/h、温度为20C的水；（2） 输送流量为25m3/h、温度为60C的水；（3） 输送流量为25m3/h、温度为20C的油；（饱和蒸汽压2.67104Pa，密度740kg/m3）（4） 输送流量为30 m3/h、温度为20C的水（5） 输送流量为25m3/h的沸腾水。解：（1）从泵的样本查得，该泵在流量为25m3/h，允许汽蚀余量为2.0m。吸入管内流速：吸入管路阻力损失：20C水的饱和蒸汽压2.33kPa。此时泵的允许安装高度为：（2）60C水的饱和蒸汽压19.93kPa，代入上式解得：（3）20C油饱和蒸汽压2.67104Pa，将相关数据代入上式得：（4）流量变化，则吸入管路阻力也要变化。此时，最大允许安装高度：（5）液体沸腾时，此时，点评：影响离心泵最大允许安装高度的因素可以概括为以下几个方面：j流体的种类，一般来说，蒸汽压越大，最大允许安装高度越低；k流体的温度，温度越高，最大允许安装高度越低；l流体流量，流量越大，吸入管路阻力越大，最大允许安装高度越低；m储槽压力和吸入管路配置情况；n当被输送液体沸腾时，最大允许安装高度与流体的种类无关，主要取决于流体的流量和吸入管路的阻力。可见，生产中流体温度和流量的上浮都可能导致原本正常工作的泵发生汽蚀。因此，计算泵的最大允许安装高度时，应以可能的最高操作温度和流量来计算。