重庆大学《流体输配管网》课程试题8.docx
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重庆大学《流体输配管网》课程试题8
A
学院专业年级、班学号姓名
密封线
重庆大学《流体输配管网》课程试题（B卷）
题号
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
总分
得分
一简答题（共40分）
1.风机的实际性能曲线不同于理想性能曲线，这是如何造成的？
（5分）
2.绘制一个自己熟悉的流体输配管网，说明该管网中各组件的名称和作用。
（5分）
3.什么是水力失调？
哪些原因会导致水力失调？
（5分）
4.为什么要对燃气管网按照输气压力进行分级？
（5分）
5.开式液体管网与闭式液体管网的水力特征最主要的区别是什么？
（5分）
6.什么是调节阀的工作流量特性？
在串联管道中，怎样才能使调节阀的工作流量特性接近理性流量特性？
（5分）
7.某水泵从开敞的水池中抽水，设计的吸水管中的流速是3m/s，阻力0.4mH2O。
水泵的轴线位置比水面高出3m。
水泵的允许吸上真空高度[Hs]=3.5m。
该水泵能否正常工作？
为什么？
（5分）
8.如图是某建筑雨水及阳台地漏排水系统原理图。
屋顶雨水经雨水收集口流入排水立管，阳台积水经阳台地漏流入排水立管，地漏与排水立管间设置水封，排水在A点以后排入市政下水道。
问：
（1）下雨时，排水立管内水流可能经历哪些流动状态？
（3分）
（2）地漏与排水立管间设置水封有什么作用？
（2分）
二、（共15分）如图是某热水供暖管网图。
水泵运行时，测得各管段流动阻力ΔP12=ΔP23=ΔP34=5000Pa,ΔP1’2’=ΔP2’3’=ΔP3’4’=5000Pa,ΔP11’=25000Pa,ΔP44’=65000Pa。
测得用户A、B、C流量均为20m3/h，不考虑管网泄露。
求：
（1）水泵运行时的流量和扬程？
（3分）
（2）开大调节阀c，绘制管网调节前后动水压图和静水压图，说明用户A、B、C流量将如何变化？
（6分）
（3）如果测得开大调节阀c后用户C的流量为30m3/h，调节c后ΔP44’=45000Pa求此时用户A、B的流量各是多少？
此时水泵的流量和扬程是多少？
（6分）
三、（15分）如图所示机械通风管网，环境温度20℃，大气压力101325Pa。
在设计流量下，经计算，管段3、4、5的压力损失分别为
，除尘器压力损失为300Pa。
（1）确定管段1、2的管径。
管段的局部阻力均按沿程阻力的50%计算，风速范围应在8~16m/s，管内及环境气体密度可按
计算，单位kg/m3，比摩阻计算公式
，单位Pa/m，d为风管直径，m；v为风速m/s。
（10分）
（2）确定风机所需的额定流量和全压。
（5分）
命
题人：
审题人：
命题时间：
重庆大学教务处制
A
学院专业年级、班学号姓名
密封线
第三题图
四、（共20分）某闭式水管网系统并联有两台相同的循环水泵。
单台水泵在额定转速2900r/min时的Q—H性能曲线为图中曲线I。
管网中开启一台水泵时，流量为130m3/h，扬程为26mH2O。
（1）在图中，作图求解开启一台水泵时的工况点。
（4分）
（2）若管网只需流量70m3/h，拟采用：
关小管路中阀门或调节水泵转速的办法来实现。
在图中，作图求出采用这两种调节方法后水泵的工况点。
采用关小调节阀的方法时，管网的阻抗值应增加多少？
采用调节转速的方法时，转速应为多少？
比较采用这两种方法后水泵耗用电能的情况。
水泵效率取为75%。
（10分）
（3）不改变管网，让两台水泵共同工作，在图中，作图求解此时管网的总流量、每台水泵工况点及流量和扬程。
（6分）
五、（共10分）如图所示流体输配管网图，各分支的阻抗为：
（单位：
kg/m7）。
所有节点的节点流量均为零。
在分支③上设有机械动力，在其合理的工作流量范围，输出全压
和流量
的函数关系为：
Pa。
试建立求解该管网分支流量Q（Q1,Q2,…Q6）的方程组。
（1）写出基本关联矩阵Bk，建立节点流量平衡方程组。
（4分）
（2）选出管网图的最小阻抗生成树，写出独立回路矩阵Cf，建立独立回路压力平衡方程组。
（4分）
（3）将独立回路压力平衡方程组转化为只有余枝流量未知数的方程组。
（2分）
重庆大学教务处制
一、简要回答以下各题。
（共45分）
1.风机的实际性能曲线不同于理想性能曲线，这是如何造成的？
（5分）
答：
风机实际性能曲线不同于理想性能曲线，造成这种差异的原因有：
a风机叶片数量与厚度不满足欧拉方程“叶片数量无限多，叶片厚度无限薄”的假设，实际风机叶片影响风机的流量和扬程；
b流体流经风机进口至出口的整个流道中将产生流动损失、轮阻损失、泄露损失等多种损失，不满足欧拉方程“流动为理想流动”的假设；
C风机安装产生的局部损失，如进口气流有涡漩或预漩作用，使气流有冲击地进入叶片，降低了风机性能。
2.绘制一个自己熟悉的流体输配管网，说明该管网中各组件的名称和作用。
（5分）
答：
如图1-1-2所示：
各组件作用：
1——空气入口；2——保证管网正常工作的附属设备；3——为流体流动提供动力；4——为流体流动提供流场（流道）；5——末端装置（出风口）
3.什么是水力失调？
哪些原因会导致水力失调？
（5分）
答：
管网中的管段实际流量与设计流量不一致，称为水力失调。
水力失调的原因主要是：
（1）管网中流体流动的动力源提供的能量与设计不符。
例如：
风机、泵的型号、规格的变化及其性能参数的差异，动力电源电压的波动，流体自由液面差的变化等。
（2）管网的流动阻力特性发生变化，即管网阻抗变化。
如管材实际粗糙度、存留于管道中杂质，管段长度、弯头、三通及阀门开度改变等局部阻力的增减等，均会导致管网实际阻抗与设计计算值偏离。
4.为什么要对燃气管网按照输气压力进行分级？
（5分）
答：
燃气管道漏气可能导致火灾、爆炸、中毒及其它安全事故。
燃气管道的气密性与其它管道相比，有特别严格的要求。
管道中压力越高，管道接头脱开或管道本身裂缝的可能性和危险性也越大。
因此，燃气管道按输气压力分级。
不同压力等级，对管道材质、安装质量、检验标准和运行管理的要求也不同。
5.开式液体管网与闭式液体管网的水力特征最主要的区别是什么？
（5分）
答：
开式液体管网有进出口与大气相通，重力对循环流动产生的作用力近似为进出口之间的液柱与管外相同高度的空气柱的压力差；而闭式液体管网中仅由管网内部液体密度的差异造成，显然前者大得多。
6.什么是调节阀的工作流量特性？
在串联管道中，怎样才能使调节阀的工作流量特性接近理性流量特性？
（5分）
答：
所谓调节阀的工作流量特性是指调节阀在前后压差随流量变化的工作条件下，调节阀的相对开度与相对流量之间的关系。
在有串联管路的场合，增大阀权度可使工作流量特性更为接近理性流量特性。
7.某水泵从开敞的水池中抽水，设计的吸水管中的流速是3m/s，阻力0.4mH2O。
水泵的轴线位置比水面高出3m。
水泵的允许吸上真空高度[Hs]=3.5m。
该水泵能否正常工作？
为什么？
（5分）
答：
不能，会发生气蚀。
该水泵最大安装高度是[Hss]=3.5-0.4-32/2/9.807=2.64m。
而实际安装高度大于最大安装高度。
8.如图是某建筑雨水及阳台地漏排水系统原理图。
屋顶雨水经雨水收集口流入排水立管，阳台积水经阳台地漏流入排水立管，地漏与排水立管间设置水封，排水在A点以后排入市政下水道。
问：
（3）下雨时，排水立管内水流可能经历哪些流动状态？
（3分）
（4）地漏与排水立管间设置水封有什么作用？
（2分）
（1）随着排水量的不断增大，雨水排水立管内可能经历的流动状态有附壁螺旋流、水膜流和水塞流等三种流态；
（2）水封的作用：
防止市政下水道内的臭味溢入各层阳台，尤其是夏季晴天时。
二、（共15分）如图是某热水供暖管网图。
水泵运行时，测得各管段流动阻力ΔP12=ΔP23=ΔP34=5000Pa,ΔP1’2’=ΔP2’3’=ΔP3’4’=5000Pa,ΔP11’=25000Pa,ΔP44’=65000Pa。
测得用户A、B、C流量均为20m3/h，不考虑管网泄露。
求：
（4）水泵运行时的流量和扬程？
（3分）
（5）开大调节阀c，绘制管网调节前后动水压图和静水压图，说明用户A、B、C流量将如何变化？
（6分）
（6）如果测得开大调节阀c后用户C的流量为30m3/h，调节c后ΔP44’=45000Pa求此时用户A、B的流量各是多少？
此时水泵的流量和扬程是多少？
（6分）
（1）水泵运行时的流量为A、B、C流量之和，扬程为最不利环路各段阻力之和。
即：
Q=20X3=60m3/h,H=5000x3x2+25000+65000=120000Pa
（2）开大调节阀C后，水压图如下，实线表示调节前动水压图，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。
（3）节前后管段3—4阻抗不变，设ΔP34‘为调节后管段3—4阻力，对管段3—4有：
5000=S34X202
ΔP34‘=S34X252
解得ΔP34‘=7812.5Pa
同理管段3‘—4’调节后阻力也为7812.5Pa
因为管段3—3‘与管段4—4‘、3‘—4’、3—4并联
所以管段3—3‘调节后阻力为7812.5X2+45000=60625Pa
管段3—3‘调节前阻力为5000X2+65000=75000Pa
用户B调节后流量QB‘=
=17.98m3/h
对管段2—3、2‘—3‘，调节后的阻力均为（25+17.98）2/（20+20）2X5000=5772.8Pa
所以管段2—2‘调节后阻力为5772.8X2+60625=72171Pa
管段3—3‘调节前阻力为5000X4+65000=85000Pa
用户A调节后流量QA‘=
=18.43m3/h
调节后管网总流量Q‘=25+17.98+18.43=61.41m3/h
对管段2—1—1‘—2’，调节后管段阻力为
=36664Pa
最不利环路总阻力为36664+72171=108835Pa
即开大调节阀C后，当用户C流量为25m3/h时
水泵流量变为61.41m3/h，水泵扬程变为108835Pa。
三、如图所示机械通风管网，环境温度20℃，大气压力101325Pa。
在设计流量下，经计算，管段3、4、5的压力损失分别为
，除尘器压力损失为300Pa。
（15分）
（1）确定管段1、2的管径。
管段的局部阻力均按沿程阻力的50%计算，风速范围应在8~16m/s，管内及环境气体密度可按
计算，单位kg/m3，比摩阻计算公式
，单位Pa/m，d为风管直径，m；v为风速m/s。
（2）确定风机所需的额定流量和全压。
解
（1）选择1-3-4-5为最不利环路。
计算管段1的压力损失。
用假定流速法，假定流速14m/s，则
;
，取为0.25m。
实际流速
。
则管段1的压力损失：
最不利环路的重力作用力：
则管网的需用压力：
管段2所在环路的重力作用力为零。
管段2的资用动力=
;将
代入，
，则可求出
，取为0.15m,则实际
压力损失194.7Pa，显然，不平衡率<10%；风速为15.7m/s，符合要求。
（2）管段2的实际压力损失大于根据最不利环路计算结果确定的资用动力，因此应按管段2所在环路的总阻力确定风机应有的额定全压：
194.7+164+70+300+300=1028.7Pa，考虑10%的余量，风机应有的额定全压为1131.6Pa；流量考虑5%的余量，风机应有的额定流量为3675m3/h。
四、（共20分）某闭式水管网系统并联有两台相同的循环水泵。
单台水泵在额定转速2900r/min时的Q—H性能曲线为图中曲线I。
管网中开启一台水泵时，流量为130m3/h，扬程为26mH2O。
（1）在图中，作图求解开启一台水泵时的工况点。
（4分）
（2）若管网只需流量70m3/h，拟采用：
关小管路中阀门或调节水泵转速的办法来实现。
在图中，作图求出采用这两种调节方法后水泵的工况点。
采用关小调节阀的方法时，管网的阻抗值应增加多少？
采用调节转速的方法时，转速应为多少？
比较采用这两种方法后水泵耗用电能的情况。
水泵效率取为75%。
（10分）
（3）不改变管网，让两台水泵共同工作，在图中，作图求解此时管网的总流量、每台水泵工况点及流量和扬程。
（6分）
答：
（1）管网的总阻抗是
，作管网特性曲线，与一台水泵性能曲线的交点a为工况点。
（2）关小阀门时工况点是b，此时扬程36.5mH2O，流量70m3/h，阻抗
，阻抗增加值：
。
调整转速时工况点应为点c，此时扬程7.54mH2O，流量70m3/h，过c作相似工况曲线
，与管网特性曲线重合，交水泵性能曲线a则c与a是相似工况点。
所以转速应调至：
。
功率相差：
。
（3）两水泵并联工作时的联合性能曲线是II，此时总工况点是d，管网总流量152m3/h，每台水泵工作在点e，流量76m3/h。
五、（共10分）如图4所示流体输配管网图，各分支的阻抗为：
S
（1）=3.2，S
（2）=3.3，S（3）=3.4，S（4）=0.2，S（5）=0.3，S（6）=0.4（单位：
kg/m7）。
该管网图没有节点流量。
在分支③上设有机械动力，在其合理的工作流量范围，输出全压和流量的函数关系为：
Pa。
试建立求解该管网的分支流量Q（Q1,Q2,…Q6）的方程组。
（1）写出基本关联矩阵Bk，建立节点流量平衡方程组。
（4分）
（2）选出管网图的最小阻抗生成树，写出独立回路矩阵Cf，建立独立回路压力平衡方程组。
（4分）
（3）将独立回路压力平衡方程组转化为只有余枝流量未知数的方程组。
（2分）
（1）以节点4为参考节点，基本关联矩阵和节点流量平衡方程组为：
；
（2）最小阻抗生成树由分支4、5、6组成。
（3）首先将分支4、5、6的流量用分支1、2、3表示。
，代入独立回路压力平衡方程组即得。
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