化工原理计算试题.docx

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化工原理计算试题

离心泵的计算

1计算题j01b10029

如图所示,水通过倾斜变径管段（A-B）,DA=100mm，DB=240mm,水流量为2m3/min,在截面A与B处接一U形水银压差计，其读数R=20mm，A、B两点间的垂直距离为h=0.3m试求:

（1）试求A、B两点的压差等于多少Pa？

（2）A、B管段阻力损失为多少mmHg？

（3）若管路水平放置，而流量不变，U形水银压差计读数及A、B两点压差有何变化?

计算题j01b10029（题分：

20）

（1）uA=（2/60）/[（/4）×（0.10）2]=4.244m/s，

uB=4.244×（1/2.4）2=0.7368m/s

pA/＋uA2/2=gh＋pB/＋uB2/2＋hf

∵pA/－（gh＋pB/）=（i－）gR/

∴pA－pB=（i－）gR＋gh

=（13.61）×103×9.81×0.020+103×9.81×0.3

=5415Pa

（2）hf=（pA/－gh－pB/）＋uA2/2－uB2/2

=（i－）gR/＋uA2/2－uB2/2

=（13.6－1）×9.81×0.020＋（4.244）2/2－（0.7368）2/2

=11.2J/kg

即pf=hf=103×11.2=11.2×103Pa

换成mmHg:

Hf=pf/（Hgg）=11.2×103/（13.6×103×9.81）

=0.0839mHg=83.9mmHg

（3）pA/＋uA2/2=pB/＋uB2/2＋hf

∵uA、uB、hf均不变，故（i－）gR’/之值不变

即R’不变，R’=R=20mm

水平放置时pApB=（13.61）1039.810.020=2472Pa比倾斜放置时的压差值小。

2计算题j02b20067（20分）

如图所示的输水系统,输水量为36m3/h，输水管均为φ80×2mm的钢管，已知水泵吸入管路的阻力损失为0.2m水柱，压出管路的阻力损失为0.5m水柱，压出管路上压力表的读数为2.5Kgf/cm2。

试求：

（1）水泵的升扬高度；

（2）若水泵的效率η=70%,水泵的轴功率（KW）；

（3）水泵吸入管路上真空表的读数（mmHg柱）。

注:

当地大气压为750mmHg柱。

U=36/3600/（0.785×0.0762）≈2.2m/s

（1）在2-2与3-3截面列B.eq.5分

Z2+p/ρg+U22/2g+He=Z3+P3/ρg+U32/2g+Hf2-3

∵U2=U3不计Hf2-3

∴He=（Z3-Z2）+（P3+P2）/ρg

=0.2+（2.5+0.525）/（103×9.81）×9.81×104

=30.5mH2O柱

在1-1与4-4列B.eq.

He=ΔZ1-4+Hf1-4+Hf3-4

∴ΔZ1-4=He-（Hf1-4+Hf3-4）=30.5-（0.2+0.5）=29.8m

∴升扬高度为29.8m

（2）Pa=Heqvρg/η=30.5×0.01×103×9.81/0.7=4.27KW3分

（3）在1-1与2-2列B.eq,得5分

0=Z2+（-P）/ρg+U22/2g+Hf1

-P=Z2ρg-U22ρ/2-Hf1-ρg

=-（4.8×103×9.8+2.2/2×103+0.2×103×9.81）

=-515×102N/M2=515×102/（0.981×105）×735.6=386mmHg（表）

-P2=真空度∴吸入管路上真空表读数为386mmHg柱=0.525at

3．j01c20113

用离心泵将原油从油库沿管内径为0.15m、长2公里（包括局部阻力的当量长度）的水平管送往炼油厂。

输油量为40m3/h。

油泵的总效率为0.65，求泵的轴功率。

某天，该油泵突然发生故障，于是开动一台备用泵，其压头仅为原来泵的80%，问此泵能输送原油多少m3/h。

输送条件下,原油的密度为890kg/m3,粘度为0.4Pas。

设油库和炼油贮罐均为常压。

答案：

该题条件下,油泵所耗功率完全用于克服管路阻力。

⑴A=（π/4）（0.15）2=0.0177m2　u=40/（3600×0.0177）=0.63m/s

Re=duρ/μ=0.15×0.63×890/0.4=210（层流）λ=64/Re=64/210=0.304

Hf=λ（l/d）（u2/2g）=0.304×（2000/0.15）×[0.632/（2×9.81）]=82.1m

Ws=40×890/3600=9.9kg/s∴N=82.1×9.81×9.9/（1000×0.65）=12.3kw

⑵H′=0.8Hf=65.7m△Pf=65.7×9.81×890=5.736×105N/m

对于层流△Pf=32lμu/d

∴u=△Pfd/（32lμ）=5.736×105×0.15/（32×2000×0.4）=0.504m/s

V=3600×0.504×0.0177=32.1m3/h

4．j01a150616

如图,离心泵将敞口槽中的碱液打入吸收塔,泵吸入管路为φ108×4mm，长2m的钢管。

泵压出管路为φ76×3mm,长30m的钢管,压出管路上装有标准阀一只，闸阀一只，90℃弯头4只。

在压出管路上还装有孔板流量计，孔板孔径为40mm，孔流系数C=0.62，水银差压计读数R=456mm。

吸收塔喷咀处压力为0.5kgf/cm2（表压），碱液密度ρ=1100kg/m3，泵的效率η=0.6，直管阻力系数λ=0.02（吸入、压出管道取近似相同值），ξ弯头=0.75，ξ标准阀=6，ξ闸阀=0.17，ξ孔板=8，试求泵所需功率。

j01a150616

Ｖ=（π/4）×0.042×0.62[2g×0.456×（13600-1100）/1100]0.5=0.00785m3/s

u1=0.00785/[（π/4）×0.12]=1m/su0=1×（0.1/0.07）2=2.04m/s

Σhf=（0.02×2/0.1+0.5）×12/2g+（0.02×30/0.07+4×0.75+6+0.17+8）×2.042/2g=5.51m

He=5.51+（20-1.5）+0.5×104/1100+2.042/2g=28.77m

N=28.77×0.00785×1100/（102×0.6）=4.084kw

5.j02b100556

用泵将贮槽１中的石油送至高位槽２中，两槽液面恒定不变，且其液面差为１５ｍ。

管子规格为φ８９×４．５ｍｍ，管路总长为２００ｍ（包括局部阻力的当量长度内。

）要求流量为２１ｍ3/h。

已知石油密度为９２０Kg/m3，粘度为０．５N.S/m2。

试计算：

（1）由于阻力引起的压降；

（2）泵的有效功率；

（3）整理并写出管路特性曲线方程（注明式中变量的单位）

答案：

（1）ΔＰ＝λ（ｌ／ｄ）（ρＵ2／２）

Ｕ＝21／（3600×0.785×０．０８2）＝１．１６m/s

Ｒe＝0.080×1.16×920/0.5＝１７０．８层流

λ＝６４／Ｒe＝0.374

ΔＰ＝0.374×（200/0.08）×920×１．１６2／2＝5.79×１０5N/m2

∑ｈf＝5.8×１０5／920＝629.9J/Kg

（2）Ｎe＝ＱＨＰ／1000　　　

Ｈ＝ｇΔＺ＋∑ｈf＝9.81×15+629.9=777J/Kg

（3）Ｎe＝21×920×777／（3600×1000）＝4.17KW

在层流范围内

L＝ΔZ+∑ｈf/g

=ΔZ+64/（duρ/μ）×（∑1/d）（1/2g）（Q2/（0.785d2）2）

=15+1.104×104QQ为m3/s

6．j02b150646欲用离心泵在两敞口容器间输液,该水泵铭牌标有：

流量３９．６ｍ3/h，扬程15m，轴功率２.０２Kw,效率８０%，配用２．８KW电机，转数１４００r/min。

今欲在以下情况使用是否可以？

如不可时采用什么措施才能满足要求（要用计算结果说明）

（１）输送比重为１．８的溶液，流量为３８ｍ3/h，扬程３０ｍ。

（２）输送比重为０．８的油类，流量为４０ｍ3/h，扬程３０ｍ。

（３）输送比重为０．９的清液，流量为３０ｍ3/h，扬程１５ｍ。

答案：

（１）电动机功率不够

Ｎ＝38/3600×15×1800/（102×0.8）＝３．５KW换大电机

（２）扬程不够

Ｈ／Ｈ′＝（ｎ／ｎ′）2

１５／３０＝（１４００／ｎ′）2ｎ′＝１９８０

增加ｎ＝１９８０转／分。

检查功率：

Ｎ／Ｎ′＝（ｎ／ｎ′）3

２．０２／Ｎ′＝（１４００／１９８０）3Ｎ′＝５．７２KW

换一电机功率为５．７２KW，ｎ＝１９８０转／分。

（３）可以使用。

通过关小出口阀调节至工作点。

7．j01c201218

如下图所示的输水系统,用泵将水池中的水输送到敞口高位槽,管道直径均为φ83×3.5mm,泵的进、出管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮水池的水面高度为4.8m,压力表安装位置离贮水池的水面高度为5m。

当输水量为36m3/h时，进水管道的全部阻力损失为1.96J/kg，出水管道的全部阻力损失为4.9J/kg，压力表的读数为2.5kgf/cm2，泵的效率为70%，试求：

⑴两液面的高度差H为多少m?

⑵泵所需的实际功率为多少KW?

⑶真空表的读数多少kgf/cm2?

解：

⑴取截面0-0,1-1,2-2,3-3如图,在截面2-2和3-3间列柏努利方程以2-2为基准面（目的求H3）H2g+（p2/ρ）+（u22/2）=H3g+（p3/ρ）+（u32/2）+hf2-3

∵1[at]=9.807×104N/m2=1[kg/cm2]u=Q/A=（36/3600）[（π/4）0.0762]=2.21m/s

（2.5×9.807×104/103）+（2.212/2）=H3×9.81+4.9

245.2+2.44=9.81H3+4.9H3=242.74/9.81=24.74[m]

∴H=H3+5=24.74+5=29.74[m]

⑵在0-0和3-3间列柏努利方程以0-0为基准面（求We）

H0g+（p0/ρ）+（u02/2）+We=H3g+（p3/ρ）+（u32/2）+hf0-3

We=H3g+hf0-3=29.74×9.81+（1.96+4.9）=298.62[J/kg]

Ms=Vsρ=（36/3600）×103=10[kJ/s]Ne=Ms·We=10×298.62[W]

N实=Ne/η=2986.2/0.70=4267[W]=4.267[kW]

⑶在C-C和H间列柏氏方程以0-0为基准面

H0g+（p0/ρ）+（u02/2）=H1g+（p1/ρ）+（u12/2）+hf0-1

（pa–p1）/ρ=4.8×9.81+（2.212/2）+1.96=51.49m2/s2

=51.49×103/（9.807×104）[at]=0.525[kgf/cm2]

8．j02b20066

用一离心泵将20℃的水，由池中送至高位槽C。

其流程如图a所示。

已知泵的排出口压力表B读数为2.5at（表压），排出段管总长为180m（包括局部阻力的当量长度），系统的摩擦系数λ可取0.024。

其它数据如图a所示。

试求：

（1）系统输送的流量m3/h；

（2）若系统所用泵为3B33型离心泵，其特性曲线如图b所示。

试求泵的工作点及克服系统阻力所耗的轴功率；

（3）如果泵的吸入底阀A轻微堵塞，则系统的流量、泵的扬程及出口压力表读数有何变化？

若严重堵塞