化工原理第二习题.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： 因关小阀门而损失的压头； 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）=6.41?m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？ 出口阀门开度增大； 液体密度改为1500 kg/m3； 泵叶轮直径减小5%； 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H~Q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1.013?105Pa。试求此泵在以下各种情况下允许安装高度为多少？ 输送流量为25m3/h、温度为20?C的水； 输送