第二章习题及答案.docx

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第二章习题及答案第二章习题及答案第二章习题及答案化工原理练习题五.计算题1.密度为1200kg.m的盐水，以25m3.h-1的流量流过内径为75mm的无缝钢管。

两液面间的垂功率。

假设:

（1）摩擦系数匸0.03;

（2）泵直距离为25m，钢管总长为120m，管件、阀门等的局部阻力为钢管阻力的25%。

试求泵的轴的效率n=0.61答案*Z1+u2/2g+P1/pg+He=Z2+u2/2g+P2/pg+EHZ=0,Z=25m,u0u0PH=Z+EH=25+EHEH=（XX/dU/2g）X1.25u=V/A=25/（3600X.785（0.075）=1.573m.sEH=（0.03120/0.0751573/（2X9.81）X1.25=7.567m盐水柱H=25+7.567=32.567mN=QHp/102=25X32.5671200/（3600X102）=2.66kwN轴=N/吓2.66/0.6=4.43kw2.（16分）如图的输水系统。

已知管内径为d=50mm,在阀门全开时输送系统的艺（l+le）=50m,摩擦系数可取入=0.03泵的性能曲线，在流量为6m3.h-1至15m3.h-1范围内可用下式描述：

H=18.92-0.82Q2.，此处H为泵的扬程m,Q为泵的流量m3.h-1，问：

（1）如要求流量为10m3.h-1，单位质量的水所需外加功为多少？

单位重量的水所需外加功为多少？

此泵能否完成任务？

（2）如要求输送量减至8m3.h-1（通过关小阀门来达到），泵的轴功率减少百分之多少？

（设泵的效率变化忽略不计）1週1二-F1答案*u=10/（3600X.785X.05）=1.415m.s-1工hf=入工（l+le）/2/2U=0.03從0/0.05）（1.4152/2）=30.03Pa/p+W=Pa/p+Zg+工hf1-2W=Z2g+Xhf1-2=10081+30.03=128.13J.kgH需要=W/g=128.13/9.81=13.06m而H泵=18.92-0.82（10）=13.746mH泵H需故泵可用N=H泵Q泵pg/npg/n常数二NxH泵Q泵N前x13.746M0H泵后=18.92-0.82（8）0.8=14.59N后x14.59為N后/N前=14.598/（13.746W）=0.849（N前-N后）/N前=1-0.84915.1%3.如图3B57离心泵将20C的水由敞口水池送到一压力为2.5at的塔内，管径为1084mr管路全长100m（包括局部阻力的当量长度，管的进、出口当量长度也包括在内）。

已知：

水的流量为56.5m.h，水的粘度为1厘泊，密度为1000kg.m,管路摩擦系数可取为0.024,试计算并回答:

（1）水在管内流动时的流动形态；

（2）管路所需要的压头和功率;答案*已知：

d=108-2M=100mm=0.1mA=（n/4）d=3.14糾4）g=0.785Wm1+工l=100mQ=56.5m.hu=Q/A=56.5/（360008510）=2m.s卩=1cp=10PaSp=1000kg.m入=0.024Re=dup/卩=0.1X2X1000/10=2X104000水在管内流动呈湍流以1-1面为水平基准面,在1-1与2-2面间列柏努利方程：

Z+（u/2g）+（p/pg）+He=Z+（u/2g）+（p/pg）+工hfZ=0u=0p0（表压）Z=18mu=0g=2.5X9.817（1000%81）=25m=0.024（100/0.1）2X/（2%81）=4.9mHe=18+25+4.9=47.9mNe=HQpg=47.9X1000X9.81X56.5/3600=7.4kw4.如图所示，用离心泵将水从贮水池输送到敞口高位槽中，已知高位槽的水面离贮水池的水面高度保持为10m，输送水量用孔板流量计测得。

孔板安装在离高位槽水面0.8m处，孑L径为20mm，孔流系数为0.61。

管路为057X3.5mm的钢管，直管长度和局部阻力当量长度之和（包括孔板局部阻力当量长度）为250m，其中贮水池至孔板前测压点A的直管长度和局部阻力当量长度之和为50m。

水的密度为1000kg.m，水的粘度为1cp,摩擦系数近似为入=0.3164/R。

U形管中指示液均为水银，其密度为13600kg.m。

当水的流量为6.86m.h时，试确定：

（1）水通过泵所获得的外加能量为多少?

（2）在孔板前测压点A处安装的U形管压力计中指示液读数R为多少?

孔板流量计的U形管中指示液读数R为多少？

答案*u=Vs/（0.785d）=6.86/（0.7850.06X3600）=0.971m.sRe=0.05）0.971氷000心W）=48550入=0.3164/F02=0.1364/4855C25=0.0213取贮水池液面为1-1截面,高位槽液面为2-2截面，列柏努利方程式：

Zg+p/p+u/2+W=Zg+p/p+u/2+Ehf1-2W=Zg+Ehf1-2=Zg+入（1+Ele）/d（U2）=10081+0.0213（250/0.05）（0.971/2）=98.1+50.2=148.3J.kg以A点为2-2截面，在1-1与2-2截面间列柏努利方程式zg+（p/p）+（u/2）+W=Zg+（p/p）+（u/2）Ehf1-2（P-P）/P=（PA-pa）/p=Wfg12）-（1+Ele）/d（u/2）=14839.29.81-0.971/2-0.0213（50/0.05）（0.971/2）=148.3-90.252-0.4714-10.04=47.53J.kgpA-pa=47.53661000=47.5310N.mR=（pA-pa）/g（ppo）=47.53X0/9.81（於600-1000）=0.3846m=38.46cm根据Vs=CSo2gR2（p-p）/pR=（Vs/CoSo）p/2g（o-p）式中:

Co=0.61So=0.785.02=3.14X0mVs=6.86/3600m.s,R=（6.86/3600）（1/（0.613.14來0）X1000/2区81（.3600-1000）=0.4m=40cm30m.h的流量由水池打到敝口高位槽，两液面均保持不变，液面高差为18m，泵的吸入口在水池液面上方2m处。

泵的吸入管路全部阻力为1mH20柱，压出管路全部阻力为3mH2O柱，泵的效率为0.6，求泵的轴功率。

若已知泵的允许吸上真空高度为6m，问上述安装高度是否合适？

（动压头可忽略）。

水的密度可取1000kg.m。

答案*如图取11，2-2截面，并以11截面为基准面，列柏努里方程得：

H=AZ+EHf1-2=18+1+3=22m二二N轴轴=Qlp/（102n）=（30/3600）21X1000/（102（X6）=3kwHg允=Hs允一U/2gHf吸=61=5m2mHg实vHg允安装高度合适。

6.如附图所示，计划在蓄水池A的一侧安装一台离心泵，将水输送至列管换热器B的壳程内作冷却用，要求水的流量为18m3.h-1,水自换热器出来后流进高位水槽C中，回收他用。

已知：

（1）蓄水池A水面标高3m，高位槽C处进水管末端标高23m;

（2）输水管为60X3.5mr的钢管；（3）管路部份的压头损失刀hf=19XJ2/（2g）mH2O,换热器B壳程的压力损失4P=73.6X2/（2g）kN.m;（式中,U为管内流体流速，m.s）卩水=1000kg.m-3今库存有一台2B31型离心泵，其性能参数如下表所示，试核算选用此泵是否合适（）流量扬程轴功率允许吸入真空度m.hmkwm1034.51.878.72030.82.607.230243.075.723m答案*选择计算截面11,22面如题图所示;地平面为基准面。

U=V/A=18/3600/（n/4）（06-2（X0035）=2.27m.sZ+P/pg+U/2g+He=Z+P/pg+Ehf+（AP/g）P=PU=0He=（23-3）+（2.27/（2区81）+192.27/（29C81）+73.62.27/（29C81）输00心00091）=27.2mHO由2B31型离心泵特性曲线图查得：

Q=18m.h,He=31.5m（27.2）且n=62%,而nmax=65%65%90%=58.5%（v62%=故此泵通用7某厂准备用离心泵将20C的清水以40m.h的流量由敞口的储水池送到某吸收塔的塔顶。

已知塔内的表压强为1kgf.cm2，塔顶水入口距水池水面的垂直距离为6m，吸入管和排出管的压头损失分别为1m和3m，管路内的动压头忽略不计。

当地的大气压为10.33m水柱，水的密度为1000kg.m。

现仓库内存有三台离心泵，其型号和铭牌上标有的性能参数如下，从中选一台比较合适的以作上述送水之用。

型号流量（m.h）扬程（m）允许吸上真空度m3B57A50387.03B3345326.03B1938205.0.答案以储水池液面为11面，以塔顶为截面2-2,并以11面为基准面，列柏努利方程Z+P/fg+U/2g+h=Z+P/pg+U/2g+EhfZ=0,Z=6,P=0,P=1.0（kgf.cm）U=0Eh=h+h=4mh=6+9.8X0/（1008）+4=20（m）Th=20（m）V=40m.h选3B33较合适。

允许安装高度Z允=H允-u/（2g）-Eh吸=6.0-1=5m实际安装高度Z实=Z允-0.5=5-0.5=4.5m8.如图所示输水系统，管长、管径（均以m计）和各局部阻力的阻力系数Z均标于图中。

直管部分的入值均为0.03。

求：

1）以流量Qm3.min和压头Hem表示的管路特性曲线方程2）输水量为15m3.h-1时，要求泵提供的有效功率（以kw计）答案*（d/d20+（3+0.2+0.0320/0.25）U/2gNeQHePg/60+0.62Q0.2520.0410009.81/60=819w=0.819kw9.现有一台离心泵，铭牌上标出允许吸上真空度H3=6m，用来输送20C的清水，已知吸入管路的全部阻力损失为2.0mH2O,当地大气压为10mH2O，若略去泵入口处的动压头。

试计算此泵的允许安装高度Hg为多少米？

答案Hg=Hs-U/2g-Ehfo=62.0=4.0m实际安装高度H实40.5=3.5m10.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4m3.h-1。

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-1。

输送条件下，原油的密度为890kg.m,粘度为0.4Pa.s。

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。

A=（n/4）（0.15）=0.0177mu=40/（3600（X0177）=0.63m.sRe=dup/卩=0.15X0.63X890/0层流10（入=64/Re=64/210=0.304Hf=入（l/d）（u/2g）=0.304（2000/0.15）0X3/（2X81）=82.1mWs=40X890/3600=9.9kg.sN=82.1X9.81（9.9/（10000.65）=12.3kwH=0.8Hf=65.7mPf=65.79.81890=5.73610N.m对于层流厶Pf=32l卩u/d（原工况为层流，现工况流量小于原工况，故比为层流）u=Pfd/（32l卩）=5.73610X0.15/（3220000.4）=0.504m.sV=3600X0.5040.0177=32.1m.h