1、化工原理典型例题题解第2章 流体输送机械例1 离心泵的工作点 用某一离心泵将一贮罐里的料液送至某高位槽 ，现由于某种原因，贮罐中料液液面升高，若其它管路特性不变，则此时流量将（ ）。A 增大 B 减少 C不变 D 不确定例 2 附图 例2 附图解：该题实际上是分析泵的工作点的变动情况。工作点是泵特性曲线与管路特性曲线的交点，其中任何一条特性曲线发生变化，均会引起工作点的变动，现泵及其转速不变，故泵的特性曲线不变。将管路的特性曲线方程式列出现贮槽液面升高，增加，故管路特性曲线方程式中的截距项数值减小，管路特性曲线的二次项系数不变。由曲线1变为曲线2，则工作点由A点变动至B点。故管路中的流量增大，
2、因此答案A正确。例2 离心泵压头的定义离心泵的压头是指（ ）。 A 流体的升举高度； B 液体动能的增加； C 液体静压能的增加； D 单位液体获得的机械能。解：根据实际流体的机械能衡算式 He=(Z2-Z1)+(P2-P1)+(u22-u12)/2g+Hf离心泵的压头可以表现为液体升举一定的高度(Z2-Z1)，增加一定的静压能(P2-P1)/(g)，增加一定的动能(u22-u12)/(2g)以及用于克服流体流动过程中产生的压头损失Hf等形式，但本质上离心泵的压头是施加给单位液体（单位牛顿流体）的机械能量J(J/N=m).故答案D正确。例3离心泵的安装高度Hg与所输送流体流量、温度之间的关系分
3、析离心泵的安装高度Hg与所输送流体流量、温度之间的关系。解：根据离心泵的必需汽蚀余量(NPSH)r，计算泵的最大允许安装高度的计算公式为 (1)首先分析离心泵的必需汽蚀余量(NPSH)r的定义过程。在泵内刚发生汽蚀的临界条件下，泵入口处液体的静压能和动能之和(P1,min/g+u12/2g)比液体汽化的势能(Pv/g)多余的能量(uk2/2g+Hf(1-k)称为离心泵的临界汽蚀余量，以符号(NPSH)C表示，即 (2) 由（2）式右端看出，流体流量增加，（NPSH）C增加，即必须的汽蚀余量(NPSH)r增加。由（1）式可知，液体流量增加，泵的最大允许安装高度应减少。根据(NPSH)C的定义可知
4、，当流量一定而且流动状态已进入阻力平方区时(uk2/2g+Hf(1-k)，均为确定值)，(NPSH)C只与泵的结构尺寸有关，故汽蚀余量是泵的特性参数，与所输送流体的蒸汽压PV无关。由（1）式可知，若流体温度升高，则其PV值增加，从而应减小。例4 离心泵的组合使用 现需用两台相同的离心泵将河水送入一密闭的高位槽，高位槽液面上方压强为1.5atm（表压强），高位槽液面与河水水面之间的垂直高度为10m，已知整个管路长度为50m（包括全部局部阻力的当量长度），管径均为50mm，直管阻力摩擦系数=0.025。单泵的特性曲线方程式为（式中He的单位为m；qv 的单位为m3/s）。通过计算比较该两台泵如何组
5、合所输送的水总流量更大。解：泵的组合形式分为串联和并联，由此单泵的特性曲线方程写出串联泵和并联泵的特性曲线方程 （1） （2）自河水水面至密闭高位槽液面列出管路特性曲线方程 将有关数据代入整理得： （3）若采用串联，联立方程（1）（3）得若采用并联，联立方程（2）（3）得可见，对于该管路应采用串联，说明该管路属于高阻管路。为了充分发挥组合泵能够增加流量，增加压头的作用，对于低阻管路，并联优于串联；对于高阻管路，串联优于并联。例5 分支管路如何确定泵的有效压头和功率用同一台离心泵由水池A向高位槽和供水，高位槽和的水面高出水池水面分别为B25m,Zc=20m。当阀门处于某一开度时，向槽和槽的供水量
6、恰好相等，即BC4。管段长度，管径及管内摩擦阻力系数如下：管段 管长（包括le）,m 管径,mm 摩擦系数 ED 100 75 0.025DF 50 50 0.025DG 50(不包栝阀门) 50 0.025求（1）泵的压头与理论功率；（）支管中阀门的局部阻力系数。例 5 附图解：（）该问题为操作型问题，忽略三通处的能量损失，自截面至截面列出机械能衡算式为He=ZB+ 自截面至截面列出机械能衡算式为 He=Zc+ 按照式和式所求出的泵提供给单位流体的能量即压头是同一数值。因为支管中阀门的阻力系数是未知数，故按式求泵的压头。首先计算出流速u1,u2,u3u1=1.8 (m/s)u2=2.0 (m
7、/s)u3=2.0 (m/s)将已知数据代入式He=25+=35.6（m）理论功率 Ne=HeVg=35.6=2793.9 (W) 由、式可得所以 （ZB+-Zc-）将已知数据代入 （25-20）=24.5例6 离心泵工作点的确定用离心泵敞口水池中的水送往一敞口高位槽，高位槽液面高出水池液面5m，管径为50mm。当泵出口管路中阀门全开（）时，泵入口管中真空表读数为52.6Kpa，泵出口管中压力表读数为155.9Kpa。已知该泵的特性曲线方程 式中：He的单位为m；qv的单位为m3/s。试求：阀门全开时泵的有效功率；当阀们关小时，其他条件不变，流动状态均处在阻力平方区，则泵的流量为多少？解：忽略
8、出口管压力表接口与入口管真空表接口垂直高度差，自真空表接口管截面至压力表接口管截面列机械能衡算式，并且忽略此间入口管与出口管管段的流体阻力损失。=21.3（m）将He=21.3m代入泵的特性曲线方程式，求取qvqv= = (m3/s)管内流速 u=1.78 (m/s)有效功率 Ne=Heqvg =21.30.3510-29.81 =731.3（w） 阀门全开时，列出管路特性曲线方程式He=将已知数据代入 21.3=解此式得 =5.03当阀门关小（）时，再列出管路的特性曲线方程式，并将已知数值代入 He=整理，得 泵特性曲线方程 联立两式，解得 qv=0.2710-2 (m3/s)可见，管路中阀
9、门关小，使得流量减小了。例7某冬季取暖管线由某一型号的离心泵，加热器，散热器组成（如图），管路内循环水量为95m3/h。已知散热器的局部阻力系数为20 ，从散热器出口至泵入口之间管线长lBC=10m（包括当量长度），管内径为100mm，摩擦系数为0.03。离心泵位于散热器入口A处以下1m，散热器出口水温40。在散热器入口A处连接一高位水箱作为调节水箱。为了保证离心泵不发生汽蚀现象，求水箱的安装高度H应为多少？该离心泵在输送流量下的允许汽蚀余量(NPSH)r=5.0m，40水的饱和蒸汽压为7.38103Pa。散热器加热器 例7 附图解：因高位水箱起控制A点压强和补充水的作用，故由高位水箱至A处管
10、内流速很小，故A处的压强可以表示为 PA=Pa+Hg （1）自液面A至泵入口B的垂直高度0.1m即为泵的安装高度 （2）计算管内流速 u=3.4 （m/s）=13.55m （3）将所有已知的数据代入（2）式中，得 解得 再由（1）式解得 H=9.37 （m）例8离心泵将真空锅中20的水通过直径为100mm的管路，送往敞口高位槽，两液面位差10m，真空锅上真空表读数为P1=600mmHg，泵进口管上真空表读数P2=294mmHg。在出口管路上装有一孔板流量计，孔板直径d0=70mm，孔流系数为C0=0.7,U形压差计读数R=170mm（指示液为水银，=13600Kg/m3）。已知管路全部阻力损失
11、为44J/Kg，泵入口管段能量损失与动能之和为5J/Kg。当地大气压为0.95105N/m2。求：水在管路中的流速；泵出口处压力表读数P3；若该泵的允许汽蚀余量为(NPSH)r=4.0m,泵能否正常运转？真空锅 例8 附图解：水在孔板孔径处的流速为u0u0=4.5 (m/s)根据连续性方程，在管路的流速 u=u0=4.5 =2.2（m/s）(2) 自真空锅液面至高位槽液面列出机械能衡算式+Hf（AB）将数据代入忽略压力表P3与真空表P2之间的高位差以及此间管段的流体阻力损失，则 所以（3）计算泵的允许安装高度，20时水的饱和蒸气压 泵的实际安装高度为-3.0m ，小于允许安装高度，故泵能够正常工作。7
