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化工原理答案(天津大學版) - 下載本文

= 53.2.﹪

2. 用離心泵以40m3/h 的流量將貯水池中65℃的熱水輸送到涼水塔頂,并經噴頭噴出而落入涼水池中,以達到冷卻的目的,已知水進入噴頭之前需要維持49kPa的表壓強,噴頭入口較貯水池水面高6m,吸入管路和排出管路中壓頭損失分別為1m和3m,管路中的動壓頭可以忽略不計。試選用合適的離心泵并確定泵的安裝高度。當地大氣壓按101.33kPa計。

解:∵輸送的是清水 ∴選用B型泵 查65℃時水的密度 ρ= 980.5 Kg/m 3 在水池面和噴頭處列伯努利方程

u12/2g + P1/ρg + Η = u12/2g + P2/ρg + Ηf + Z 取u1 = u2 = 0 則

Η = (P2- P1)/ρg + Ηf + Z

= 49×103/980.5×9.8 + 6 + (1+4) = 15.1 m ∵ Q = 40 m 3/h

由圖2-27得可以選用3B19A 2900 4 65℃時清水的飽和蒸汽壓PV = 2.544×104Pa

當地大氣壓 Ηa = P/ρg = 101.33×103 /998.2×9.81 = 10.35 m 查附表二十三 3B19A的泵的流量: 29.5 — 48.6 m 3/h 為保證離心泵能正常運轉,選用最大輸出量所對應的ΗS' 即ΗS' = 4.5m

輸送65℃水的真空度 ΗS = [ΗS' +(Ηa-10)-( PV/9.81×103 –0.24)]1000/ρ =2.5m ∴允許吸上高度Hg = ΗS - u12/2g -Ηf,0-1 = 2.5 – 1 = 1.5m 即 安裝高度應低于1.5m

3.常壓貯槽內盛有石油產品,其密度為760kg/m3,粘度小于20cSt,在貯槽條件下飽和蒸汽壓為80kPa,現擬用65Y-60B型油泵將此油品以15m3流量送往表壓強為177kPa的設備內。貯槽液面恒定,設備的油品入口比貯槽液面高5m,吸入管路和排出管路的全部壓頭損失為1m 和4m 。試核算該泵是否合用。若油泵位于貯槽液面以下1.2m處,問此泵能否正常操作?當地大氣壓按101.33kPa計.

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解: 查附錄二十三 65Y-60B型泵的特性參數如下 流量 Q = 19.8m3/s, 氣蝕余量△h=2.6 m 揚程H = 38 m

允許吸上高度 Hg = (P0- PV)/ρg - △h-Ηf,0-1

= -0.74 m > -1.2

揚升高度 Z = H -Ηf,0-2 = 38 –4 = 34m 如圖在1-1,2-2截面之間列方程

u12/2g + P1/ρg + Η = u22/2g + P2/ρg + Ηf,1-2 + △Z 其中u12/2g = u22/2g = 0

管路所需要的壓頭: Ηe=(P2 – P1)/ρg + △Z + Ηf,1-2 = 33.74m < Z = 34 m 游品流量Qm = 15 m3/s < Q = 19.8m3/s

離心泵的流量,揚升高度均大雨管路要求,且安裝高度有也低于最大允許吸上高度 因此,能正常工作

4 . 用例2-2附圖所示的管路系統測定離心泵的氣蝕性能參數,則需在泵的吸入管路中安裝調節閥門。適當調節泵的吸入和排出管路上兩閥門的開度,可使吸入管阻力增大而流量保持不變。若離心泵的吸入管直徑為100mm,排出管直徑為50mm,孔板流量計孔口直徑為35mm,測的流量計壓差計讀數為0.85mHg吸入口真空表讀數為550mmHg時,離心泵恰發生氣蝕現象。試求該流量下泵的允許氣蝕余量和吸上真空度。已知水溫為20℃,當地大氣壓為760mmHg。 解: 確定流速

A0 /A2 = (d0/d2)2 = (35/50)2 = 0.49

查20℃時水的有關物性常數 ρ= 998.2Kg/m3 ,μ = 100.5×10-5 ,PV = 2.3346 Kpa 假設C0 在常數區查圖1-33得C0 = 0.694則 u0 = C0 [2R(ρA-ρ)g/ρ]1/2 = 10.07m/s u2 = 0.49u0 = 4.93 m/s

核算: Re = d2u2ρ/μ=2.46×105 > 2×105 ∴假設成立

u1= u2(d2 / d1)2 = 1.23 m/s

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允許氣蝕余量 △h = (P1- P2)/ρg + u12/2g P1 = Pa - P真空度 = 28.02 Kpa

△h = (28.02-2.3346)×103/998.2×9.81 = 2.7 m

允許吸上高度 Hg =(Pa- PV)/ρg - △h-∑Ηf ∵ 離心泵離槽面道路很短 可以看作∑Ηf = 0 ∴ Hg =(Pa- PV)/ρg - △h

=(101.4 – 2.3346)×103/(998.2×9.81) – 2.7 =7.42 m

5. 水對某離心泵做實驗,得到下列各實驗數據:

Q,L/min 0 100 200 300 400 500 H,m

37.2 38 37 34.5 31.8 28.5 送液體的管路系統:管徑為ф76×4mm,長為355m(包括局部阻力的當量長度),吸入和排出空間為密閉容器,其內壓強為129.5kPa(表壓),再求此時泵的流量。被輸送液體的性質與水相近。 解: ⑴ 根據管路所需要壓頭Ηe與液體流量Qe的關系: Ηe= K + BQe2

而 K =△Z + △P/ρg 且 吸入排出空間為常壓設備, △P = 0 ∴K =△Z = 4.8

B = λ?(ι+ Σιe)/d · 1/2g(60×103A)2

= (0.03×355/0.068)/2×9.81(0.0682×π×60×103/4)2 =1.683×10-4

∴管道特性方程為: Ηe= 4.8 + 1.683×10-4Qe2 由下列數據繪出管道特性曲線 Ηe--Qe Qe ,L/min 0 Ηe ,m 4.8 100 6.48 200 11.53 300 19.95 400 31.73 500 46.88 繪出離心泵的特性曲線H--Q于同一坐標系中,如圖所示: 兩曲線的交點即為該泵在運轉時的流量 ∴ 泵的流量為400L/min ⑵若排出空間為密閉容器, 則K =△Z + △P/ρg

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=4.8 + 129.5×103/998.2×9.81 = 1.802

∵而B 的值保持不變

∴管路的特性方程為Ηe= 18.02 + 1.683×10-4Qe2 重新繪出管路的特性曲線和泵的特性曲線 Qe ,L/min 0 Ηe ,m 18.02 100 19.70 200 24.75 300 33.17 400 44.95 500 60.10 可以得到泵的流量為310L/min

6. 某型號的離心泵,其壓頭與流量的關系可表示為H=18 - 0.6×106Q2(H單位為m,Q單位為m3/s) 若用該泵從常壓貯水池將水抽到渠道中,已知貯水池截面積為100m2,池中水深7m。輸水之初池內水面低于渠道水平面2m,假設輸水渠道水面保持不變,且與大氣相通。管路系統的壓頭損失為Hf=0.4×10 Q2(Hf單位為m,Q單位為m3/s)。試求將貯水池內水全部抽出所需時間。 解: 列出管路特性方程Ηe= K + Hf

K= △Z + △P/ρg

∵貯水池和渠道均保持常壓 ∴△P/ρg = 0 ∴K= △Z

∴Ηe= △Z + 0.4×106Q2 在輸水之初△Z = 2m

∴Ηe= 2 + 0.4×106Q2

聯立H=18-0.6×106Q2 ,解出此時的流量Q = 4×10-3m3/s 將貯水槽的水全部抽出 △Z = 9m ∴Ηe= 9 + 0.4×106Q'2

再次聯立H=18-0.6×106Q2 ,解出此時的流量Q '= 3×10-3m3/s ∵ 流量Q 隨著水的不斷抽出而不斷變小

∴ 取Q 的平均值 Q平均= (Q + Q')/2 = 3.5×10-3m3/s 把水抽完所需時間 τ= V/ Q平均 = 55.6 h

7. 用兩臺離心泵從水池向高位槽送水,單臺泵的特性曲線方程為 H=25—1×106Q2 管路特性曲線方程可近似表示為 H=10+1×106Q2 兩式中Q的單位為m3/s,H的單位為m。 試問兩泵如何組合才能使輸液量最大?(輸水

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過程為定態流動)

分析:兩臺泵有串聯和并聯兩種組合方法 串聯時單臺泵的送水量即為管路中的總量,泵的壓頭為單臺泵的兩倍;并聯時泵的壓頭即為單臺泵的壓頭,單臺送水量為管路總送水量的一半 解:①串聯 He = 2H

10 + 1×105Qe2 = 2×(25-1×106Q2)

∴ Qe= 0.436×10-2m2/s

②并聯 Q = Qe/2

25-1×106× Qe2 = 10 + 1×105( Qe/2)2 ∴ Qe = 0.383×10-2m2/s 總送水量 Qe'= 2 Qe= 0.765×10-2m2/s ∴并聯組合輸送量大

8 . 現采用一臺三效單動往復泵,將敞口貯罐中密度為1250kg/m3的液體輸送到表壓強為 1.28×106Pa的塔內,貯罐液面比塔入口低10m,管路系統的總壓頭損失為2m,已知泵 活塞直徑為70mm,沖程為225mm,往復次數為2001/min,泵的總效率和容積效率為0.9和0.95。試求泵的實際流量,壓頭和軸功率。 解:三動泵理論平均流量

QT = 3ASnr = 3×π/4 ×(0.07)2×0.025×200

=0.52m3/min

實際流量Q = ηQT =0.95×0.52 = 0.494 m3/min

泵的壓頭 H = △P/ρg + △u2/2g + ΣHf + Z 取△u2/2g = 0 =△P/ρg + ΣHf + Z

= 1.28×106/1250×9.81 + 2 + 10 = 116.38m

軸功率 N = HQρ/102η = 13.05 Kw

9. 用一往復泵將密度為1200kg/m3的液體從A池輸送到B槽中,A池和B槽液面上方均 為大氣壓。往復泵的流量為5m3/h。輸送開始時,B槽和A池的液面高度差為10m。輸送過程中,A池液面不斷下降,B槽液面不斷上升。輸送管徑為30mm,長為15m(包括局部阻力當量長度)。A池截面積為12m2,B槽截面積為4.15m2。液體在管中流動時摩擦系數為0.04。試求把25m3液體從A池輸送到B槽所需的能量。 解:列出此往復泵輸送的管路特性方程 Ηe= K + BQe2

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