流体输配管网计算题.docx
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流体输配管网计算题
1、如图所示h1=3.2m,h2=h3=3.0m,散热器:
Q1=700w,Q2=600w,Q3=800w。
供水温度tg=95℃,回水温度th=70℃.求:
1)双管系统的重力循环作用压力。
2)单管系统各层之间立管的水温。
3)单管系统的重力循环作用压力。
(1)供水温度tg=95℃,
=961.85kg/m3;回水温度th=70℃,
=977.8kg/m3。
第一层:
第二层:
第三层:
2)第三层散热器出水温度:
℃
968.2kg/m3
第二层散热器出水温度:
℃
972.8kg/m3
3)
2、一台普通风机n=1000r/min时,性能如下表,应配备多少功率电机?
当转速提到n=1500r/min,性能如何变化?
列出性能表。
分别应配备多大功率的电机?
电机容量储备系数K取1.15。
以各工况下最大的N选择电机的依据,K=1.15,所配电机Nm=1.15×52.10=60kW即取定60kW
由题意,叶轮直径和密度不变,各相似工况点满足
由两式分别计算改变转速n=1500r/min时的性能参数,列于表中:
全压(Pa)
4860
5737.5
5557.5
5310
4972.5
4567.5
4117.5
流量(m3/h)
71565
80238
88914
97587
106261.5
114936
123610.5
全效率(%)
82.6
87.5
88.2
89.0
88.0
85.7
80.4
功率(kW)
117.0
146.1
155.6
161.7
166.8
170.2
175.8
以各工况下最大的N选择电机的依据,K=1.15,所配电机Nm=1.15×175.8=202.2kW按电机系列可配200kW电机
3、已知4-72-11No.6C型风机在转速为1250rpm时的实测参数如下表所列,试求4-72-11系列风机的无因次性能参数,从而绘制该系列风机的无因次性能曲线。
计算中叶轮直径D2=0.6m。
解:
全压系数
;流量系数
;功率系数
(
m/s。
列表计算如下:
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
P(N/m2)
843.4
823.8
814.0
794.3
755.1
696.3
637.4
578.6
Q(m3/s)
1.644
1.844
2.044
2.250
2.444
2.639
2.847
3.056
N(kW)
1.69
1.77
1.86
1.96
2.03
2.08
2.12
2.15
η(%)
82.07
85.84
89.47
91.18
90.93
88.34
85.60
82.23
流量系数
0.148
0.166
0.184
0.203
0.220
0.238
0.256
0.275
全压系数
0.454
0.454
0.454
0.454
0.454
0.454
0.343
0.312
功率系数
0.082
0.088
0.093
0.101
0.110
0.122
0.103
0.104
4、、已知4-72-11No.6C型风机在转速为1250rpm时的实测参数如下表所列,求:
(1)各测点的全效率;
(2)绘制性能曲线图;(3)写出该风机最高效率点的性能参数。
计算及图表均要求采用国际单位制。
(1)全效率计算公式为η=PQ/N,各测点全效率计算结果见下表:
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
(N/m2)
843.4
823.8
814.0
794.3
755.1
696.3
637.4
578.6
(m3/s)
1.644
1.844
2.044
2.250
2.444
2.639
2.847
3.056
(kW)
1.69
1.77
1.86
1.96
2.03
2.08
2.12
2.15
(%)
82.07
85.84
89.47
91.18
90.93
88.34
85.60
82.23
(3)该风机最高效率点性能参数:
流量Q=2.250m3/s;全压P=794.3Pa;功率N=1.96kW;全效率为η=91.83%。
5、如图所示的泵装置从低水箱抽送容重=980kgf/m3的液体,已知条件如下:
x=0.1m,y=0.35m,z=0.1m,M1读数为1.24kgf/cm2,M2读数为10.24kgf/cm2,Q=0.025m3/s,η=0.80。
试求此泵所需的轴功率为多少?
解:
水泵的扬程应为其出口和进口之间的测压管水头之差。
压力表的读数反映了压力表位置静压,压力表与管道连接处测压管水头应为压力表读数与位置水头之和(1分)。
则水泵扬程应为:
式中
分别为压力表读数折合成液柱高度的压力。
因
m
m则
水泵轴功率:
kW
6、某管网中,安装有两台12sh-6B型水泵,单台性能参数如下表所示:
(1)不改变管网,两台水泵并联运行,求解此时管网的总工作流量;每台水泵的工况点
(2)不改变管网,两台水泵串联运行,求解此时的水泵联合运行曲线、串联运行的工况点;每台水泵的工作流量、扬程。
解:
(1)首先求两台水泵并联运行时的性能曲线,对单台性能曲线I上的3个性能参数点(见表),按相同扬程时流量叠加的方法获得,见解答图中曲线II。
管网的阻抗
mH2O/(m3/h)2。
即管网特性曲线方程为
,作管网特性曲线,见解答图中曲线III。
曲线II与III的交点2为两台水泵并联运行的工况点。
由图可知,管网的总工作流量为756.7m3/h,每台水泵的工作流量为378.4m3/h,扬程为73.9mH2O。
(2)此两台水泵串联时,按照相同流量下扬程叠加的方法获得总的性能曲线,见图中曲线IV,曲线III和IV的交点3为管网总工作点,由图可知,管网总工作流量889m3/h,总扬程115.47mH2O;每台水泵流量889m3/h,扬程57.7mH2O。
9、在n=2000rpm的条件下实测以离心式泵的结果为:
Q=0.17m3/s,H=104m,N=184kW。
如有一与之几何相似的水泵,其叶轮比上述泵的叶轮大一倍,在1500rpm之下运行,试求在效率相同的工况点的流量、扬程及效率各为多少?
解:
此时泵的工作参数计算如下:
流量
m3/s
流量
m3/s
扬程
m
功率
kW
效率
11、某闭式空调冷冻水管网并联有两台相同的循环水泵。
单台水泵性能参数如下:
转速2900r/min,所配电机功率2.2kW。
流量——扬程性能如下表。
管网中开启一台水泵时,流量为15m3/h,扬程为18.5m。
(1)画出单台水泵运行时水泵的性能曲线和管网特性曲线,并标出工况点;
(2)若管网只需流量10m3/h,,,,,比较采用这两种方法耗用电能的情况;
(3)若管网需要增加流量,让这两台水泵并联工作,管网系统流量能否达到30m3/h?
此时每台水泵的流量和扬程各是多少?
解:
(1)如解答图,单台水泵的性能曲线为曲线I。
管网阻抗S=18.5/152=0.08222mH2O/(m3/h)2,作管网特性曲线为曲线II,二者的交点1为水泵的工况点,输出流量为15m3/h,扬程为18.5m。
(2)关小阀门时,要求的输出流量是10m3/h,水泵的性能曲线不变,仍为曲线I,由横坐标Q=10m3/h作垂线,与曲线I交点2为要求的工况点,此时,流量10m3/h,扬程21.2m。
管网的阻抗
S=21.2/102=0.212mH2O/(m3/h)2,增加阻抗为:
mH2O/(m3/h)2,采用调节转速的方法时,管网特性曲线仍为II,由横坐标Q=10m3/h作垂线,与曲线II交点3为要求的工况点。
由于曲线II上的点满足
,
即曲线II是过单台水泵性能曲线I上点1的相似工况曲线,点3与点1是相似工况点,所以转速
r/min。
设水泵效率基本不变,调节阀门的耗功率和调节转速时的耗功率对比情况如下:
,即采用调节阀门的方法耗用电能是采用调节转速的2.59倍。
(3)按照水泵并联工作的联合运行工作性能曲线的求解方法,作出此2台水泵并联工作的联合运行工作性能曲线,如图中曲线III,与管网特性曲线II交点4为联合运行的工作点,此时总流量16.2m3/h,不能达到30m3/h,扬程为22.0mH2O。
12、有一泵装置的已知条件如下:
Q=0.24m3/s,吸入管径D=0.3m,水温为40℃(密度992kg/m3饱和蒸汽压力7.5kPa),[Hs]=5m,吸水面标高100m,水面为1标准大气压,吸入管段阻力为0.79m.试求:
(1)泵轴的标高最高为多少?
(2)如此泵装在昆明地区,海拔高度为1750m(当地大气压力为85kPa),输送水温为40℃(汽化压力0.75m水柱),求泵的最大安装高度[Hss]。
(3)设此泵输送水温不变,,,,,,安装位置有何限制?
解:
(1)先计算修正后的允许吸上真空高度[H'S]:
已知水温为40˚C时,水的饱和蒸汽压力为Pv=7500Pa,则hv=0.75m,安装地点的大气压力为1标准大气压,大气压力水头ha为10.33m。
根据[H'S]=[Hs]–(10.33-ha)+(0.24-hv)求得:
[H'S]=5-(10.33-10.33)+(0.24-0.75)=4.49m
由Q=V1×D2×π/4,代入已知数据0.24=V1×0.32×3.14/4,求得水泵吸入口处平均流速V1=3.4m/s
再求泵的最大安装高度[Hss]:
已知Σhs=0.79m,根据[Hss]=[H'S]-(V12/2g+Σhs)代入数据求得泵的最大安装高度[Hss]=4.49-3.42/2g-0.79=3.11m所以泵轴的标高最高为3..11+100=103.11m
(2)此泵装在昆明地区时,海拔高度为1750m,当地大气压力为85kPa,大气压力水头ha为8.5m根据[H'S]=[Hs]–(10.33-ha)+(0.24-hv)求得[H'S]=5-(10.33-8.66)+(0.24-0.77)=2.8m
(3)当泵为凝结水泵时冷凝水箱内压强低于大气压,泵必须安装于液面下才不会发生气蚀(1分)求安装于液面下的高度为Hg;Hg≥(Pv-Po)/γ+[∆h]+Σhs=(Pv-Po)/γ+(△hmin+0.3)+Σhs=(7500-9000)/(992*9.807)+(1.9+0.3)+0.79=2.84m,所以泵轴和水箱液面的高差必须不小于2.84米.
13、有一泵装置的已知条件如下:
Q=0.24m3/s,吸入管径D=0.3m,水温为40℃(密度992kg/m3饱和蒸汽压力7.5kPa),[Hs]=5m,吸水面标高100m,水面为1标准大气压,吸入管段阻力为0.79m.试求:
(1)泵轴的标高最高为多少?
(2)如此泵装在昆明地区,,,求泵的最大安装高度[Hss]。
(3)设此泵输送水温不变,,。
泵的安装位置有何限制?
解:
(1)如下图,曲线II为两台水泵并联运行的性能曲线(在曲线I上任取3个以上的参数点,按等扬程、流量加倍的方法可获得对应的一组参数点,并光滑连接);
(2)管网的总阻抗是
(2分),作管网特性曲线,与曲线II的交点b工况点为两台水泵并联运行的工况点(1分),工况点管网总流量152m3/h(3)过c作水平线,与曲线I的交点c是每台水泵工作点(1分),流量76m3/h。
14、某通风系统设计风量为750m3/h,系统阻力为675Pa,预选风机的特性曲线如图所示。
试计算
(1)风机的实际工作点;
(2)该风机是否满足设计要求?
如不满足可采取什么措施?
(3)当系统阻力减少26%时,风机的实际工作点如何变化?
[解]:
(1)由P=SQ2得
在图上做出曲线P=SQ2,和风机的特性曲线交于A实际工作点(2分),工作点A为QA=675m3/h,PA=550Pa。
(2)该风机实际工作流量小于设计要求,不能满足要求,可采用开大阀门、减小管网阻抗的方法来满足要求。
(1分)根据该风机的性能曲线,在流量为750m3/h时,能够提供的压头是500Pa,(1分)因此系统阻抗应减小到:
(3)
则通风系统设计风量为750m3/h,系统阻力为500Pa,由P=SQ2得
所以在图上做出曲线P=S´Q2,和风机的特性曲线交与实际工作点B点,工作点B为QB=750m3/h,PB=500Pa。
可见此时风机工作点右移,风量增大,压力减小。
15、已知:
某水泵的性能曲线用如下多项式表示:
其中,A1、A2、A3为已知数值的系数。
求这样的两台水泵并联及串联时联合工作性能曲线的数学表达式.、解:
(1)两台相同的水泵并联运行时,联合运行的性能曲线可由相同扬程下流量加倍的方法获得,因此有:
可得:
因此并联运行的联合运行性能曲线可表示为:
(2)两台相同的水泵串联运行时,联合运行的性能曲线可由相同流量下扬程加倍的方法获得,因此有:
可得:
因此串联运行的联合运行性能曲线可表示为:
16、一台水泵装置的已知条件如下:
Q=0.88m3/s,吸入管径D=0.6米,当地大气压力近似为1个标准大气压力,输送20℃清水。
泵的允许吸上真空高度为[Hs]=3.5m,吸入段的阻力为0.4m。
求:
该水泵在当地输送清水时的最大安装高度。
若实际安装高度超过此最大安装高度时,该泵能否正常工作?
为什么?
解:
该水泵吸入管中的平均速度为
m/s。
该水泵在当地输送清水时的最大安装高度为:
m
若实际安装高度超过此最大安装高度时,该泵不能正常,因为此时泵内最低压力点的压力将可能低于该水温下的气化压力,可能发生气蚀现象。
六、分析题
1、某热水供暖管网,水泵运行时管网动水压图如图。
开大调节阀c,绘制管网调节后动水压图和静水压图,说明用户A、B、C流量将如何变化?
解答:
开大调节阀C后,水压图如下,虚线表示调节后动水压图,静水压图在调节前后不变,如j—j所示。
由于调节后管网总阻抗变小,总流量将变大。
调节后供、回干管水压线均比调节前变陡(),A、B用户资用压力减少,流量将变小;又由于总流量增大,故C用户流量将增大。
对于用户A和B,将是不等比的一致失调
3、下图为一热水网路图和相应的水压图,当只对阀门C关闭时,管网的水压图如何变化(在原图上绘制)?
定性说明关闭阀门C时管网的水力工况如何变化?
解答:
阀门C关闭(热用户3停止工作)时的水力工况:
阀门C关闭后,网路的总阻抗将增加,总流量Q将减少。
从热源到用户3之间的供水和回水管的水压线将变得平缓一些,在用户3处供回水管之间的压差,相当于用户4和5的总作用压差增加,因而使用户4和5的流量按相同的比例增加,并使用户3以后的供水管和回水管的水压线变得陡峭一些。
变化后的水压线将成为下图中虚线所示。
在整个网路中,对于用户4和5,是等比的一致失调。
对于用户1和2,将是不等比的一致失调。
4、下图为一热水网路图和干管在正常水力工况下的水压曲线,请绘出
(1)关小阀门A
(2)关小阀门B两种情况下的水压曲线,并分析各种用户的流量变化。
解:
(1)关小A:
A点突降,水压曲线变平坦。
总阻抗增大,总流量减小。
1、2、3流量等比例减小。
(2)关小B:
B点突降,水压曲线变平坦。
总阻抗增大,总流量减小。
1流量增大;2、3流量减小。
不一致失调。
5、试画出两台型号相同的水泵并联运行工况图示,并联后的流量是否为单台泵工作时流量的2倍?
何种类型的水泵和管路性能更适合并联工作?
解答:
如图所示,管路性能曲线为Ⅰ,并联后的工作点1,单台泵工作时的工作点2,可见并联后的总流量小于单台泵工作时流量的2倍。
并联的意义就是为了增加流量,因此管路性能曲线越平坦(管路阻抗小)、泵的性能曲线越平坦(比转数小),并联后增加的流量越大,越适合并联工作。
6、图中阀A、B、C分别关小后,流量Q、Q1~Q4怎样变化,说明理由。
答:
阀门A关小后,管网总阻抗增大(1分),水泵扬程不变时,系统总流量Q减少(1分),并联支路Q1~Q4各段用压力减小,Q1~Q4均减少;(1分)阀门B关小后,管网总阻抗增大,因此总流量Q减小(1分);管网压降递度减小,Q1、Q3、Q4上的资用压力均增大(1分),因此流量Q1、Q3、Q4均增大(1分);而Q2由于阀门B的节流而减少,其减少量大于Q1、Q3、Q4的总增加量,才能使Q减少(1分);阀门C关小后,同理Q减小(1分),因总流量减少后,Q1、Q2资用压力增大,而Q3、Q4资用压力降低(1分),故Q1、Q2增大,Q3、Q4减少,并且Q3、Q4减少量大于Q1、Q2增加量,才能使Q减少(1分)。
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