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化工原理习题解 第二章 流体输送机械

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310 mm,试求泵的扬程。

解 水在15℃时??995.7kg/m3,流量qV?540m3/h 压力表pM?350kPa，真空表pV??30kPa(表压) 压力表与真空表测压点垂直距离h0?0.35m 管径d1?0.35m，d2?0.31m

流速 u1? V??2?4d12q540/36004?(0.35)2 ?1.56m/s

?d??0.35?u2? u1?1? ?1.56????1.99m/s d0.31???2?22pM?pVu2?u1?扬程 Η?h0? ρg2g2350?103?(?30?103)(1.99)2?(1.56)2 ?0.35? ?995.7?9.812?9.81 ?0.35?38.9?0.078?39.3m 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,其她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P?qV?gH?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qV?18m3/h,H?20m 水柱，??1000kg/m3 有效功率 Pe?qV?gH?18?1000?9.81?20?981W 3600(2) 转速 n1?1450r/min时流量qV1?18m3／h,扬程H1?20m H2O柱

化工原理习题解 第二章 流体输送机械

转速 n2?1250r/min 流量 qV2?qV1n21250?18??15.5m3/h n1145022?n??1250?扬程 H2?H1?2??20????14.9m H2O柱 n1450???1?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

2输送范围内该离心泵的特性方程为H?28?6?105qV(qV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她条件不变的情况下,而改为输送密度为1200 kg/m3的碱液,则离心泵的工作点有何变化？

解 (1)管路特性方程 H?H0?kqV2

Δp98.1?103其中 H0?Δz??4?3=14

?g10?9.81 k??8l?Σle820?0.02???3.23?105 2525?gd3.14?9.810.04故管路特性方程 H?14?3.23?105qV2 离心泵特性方程 H?28?6?105qV2 两式联立 28?6?105qV2?14?3.23?105qV2 得工作点下的流量与压头

qV?3.89?10?3m3/s,H?18.92m

(2)当改送密度为1200 kg/m3的碱液时,泵特性方程不变,此时管路特性方程

Δp98.1?103?12.3 H0?Δz?'?4?1200?9.81?g'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

H?12.3?3.23?105qV2

将该方程与泵特性方程联立

28?6?105qV2?12.3?3.23?105qV2

化工原理习题解 第二章 流体输送机械

得新工作点下流量及压头

q'V?4.12?10?3m3/s,H'?17.78m

【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n?2900r/min时的H?qV特性曲线数据见下表。

qV/m3?s?1

习题2-5a附图

0 26

0、001

0、002

0、003 23

0、004 21

0、005

0、006

0、007 12

0、008 8、5

H/m 25、5 24、5 18、5 15、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3.5?10?3m3／s,应将转速调节到多少？(参瞧例2-3)。

解 已知d?0.075m,l?le?400m,??0.03,??32

2(1) 管路特性方程 H?H0?kqV

H0??Z??p?10?0?10mH2O ?g??? ?k?8?l??le???4??5?2g?dd? ??840032??0.03???5.02?105 ?254???9.81?(0.075)(0.075)?2 H?10?5.02?105qV(2) 工作点的流量与扬程

管路特性曲线的qV与H计算值如下

qV/m3?s?1 0 0、001 0、002 0、003 0、004 0、005 0、006 0、007

0、008

H/m 10 10、5 12 14、5 18 22、6 28 34、6

42、1

工作点流量qVA?0.0045m3/s,扬程HA?19.8 m H2O

化工原理习题解 第二章 流体输送机械

(3) 将工作点流量从qVA?0.0045m3/s调节到qVC?0.0035m3/s,泵的转速应由2900r/min调节到多少？

将qVC?0.0035m3/s代入管路特性方程,求得

H2C?10?5.02?105?(0.0035)?16.1 m H2O

等效率方程 H?Kq2V

系数 K?HCq2?16.12?1.31?106 VC(0.0035)得等效率方程 H?1.31?106q2V

等效率方程的计算值如下

qV／m3?s?1 0 0、001 0、002 0、003 0、004 H/m 0 1、31 5、24 11、8 21 从n?2900r/min的泵特性曲线与等效率曲线的交点D,得到

qVD?0.004m3/s,HD?21 m H2O

习题2-5b附图

流量为qVC?0.0035m3/s时的转速为

nVCC?nqDq?2900?0.0035004?2538r/min VD0.nD?nC2900?2538n?100?2900?100?12.5% D转速变化小于20%,效率基本不变。

0、0045

26、5

化工原理习题解 第二章 流体输送机械

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qV?0.0053m3/s,扬程H?23.7m水柱

习题2-6附图

习题2-7附图

【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qV?0.0061m3/s,扬程H?30.02m水柱

离心泵的安装高度

【2-8】用型号为IS65?50?125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p0?98kPa(绝压) 吸入管?Hf?4m(H2O),查得泵的汽蚀余量Δh=2m

(1) 20℃的水,饱与蒸气压pV?23.38kPa,密度??998.2kg/m3 最大允许安装高度为

p0?pV(98?23.38)?103 Hg允许=??h??Hf??2?4?1.62m

?g998.2?9.81输送20℃水时,泵的安装高度Hg?1.62m

(2) 80℃的水,饱与蒸气压pV?47.38kPa,密度??971.8kg/m3 最大允许安装高度为