化工原理期末考试习题题库及习题答案2.docx

1、化工原理期末考试习题题库及习题答案2第二章 流体输送机械1 . 在用水测定离心泵性能的实验中，当流量为26m/h时，泵出口处压强表和入口处真空表的读数分别为152kPa和24.7kPa，轴功率为2.45kw，转速为2900r/min，若真空表和压强表两测压口间的垂直距离为0.4m，泵的进出口管径相同，两测压口间管路流动阻力可忽略 不计，试求该泵的效率，并列出该效率下泵的性能。解：取20 时水的密度=998.2 Kg/m 3 在泵出口和入口处列伯努利方程 u12/2g + P1/g + = u12/2g + P2/g + f + Z 泵进出口管径相同, u1 = u2 不计两测压口见管路流动阻力

2、 f = 0 P1/g + = P2/g + Z = (P2- P1)/g + Z = 0.4 + (152+24.7)103/998.29.8 =18.46 m 该泵的效率 = QHg/N = 2618.46998.29.8/(2.451033600) = 53.2.2. 用离心泵以40m/h 的流量将贮水池中65的热水输送到凉水塔顶，并经喷头喷出而落入凉水池中，以达到冷却的目的，已知水进入喷头之前需要维持49kPa的表压强，喷头入口较贮水池水面高6m，吸入管路和排出管路中压头损失分别为1m和3m，管路中的动压头可以忽略不计。试选用合适的离心泵并确定泵的安装高度。当地大气压按101.33kP

3、a计。解：输送的是清水 选用B型泵 查65时水的密度 = 980.5 Kg/m 3 在水池面和喷头处列伯努利方程u12/2g + P1/g + = u12/2g + P2/g + f + Z取u1 = u2 = 0 则 = (P2- P1)/g + f + Z = 49103/980.59.8 + 6 + (1+4) = 15.1 m Q = 40 m 3/h由图2-27得可以选用3B19A 2900 465时清水的饱和蒸汽压PV = 2.544104Pa当地大气压 a = P/g = 101.33103 /998.29.81 = 10.35 m查附表二十三 3B19A的泵的流量: 29.5

4、48.6 m 3/h为保证离心泵能正常运转,选用最大输出量所对应的S 即S = 4.5m输送65水的真空度 S = S +(a-10)-( PV/9.81103 0.24)1000/ =2.5m允许吸上高度Hg = S - u12/2g -f,0-1 = 2.5 1 = 1.5m即 安装高度应低于1.5m3常压贮槽内盛有石油产品，其密度为760kg/m，粘度小于20cSt，在贮槽条件下饱和蒸汽压为80kPa，现拟用65Y-60B型油泵将此油品以15m流量送往表压强为177kPa的设备内。贮槽液面恒定，设备的油品入口比贮槽液面高5m，吸入管路和排出管路的全部压头损失为1m 和4m 。试核算该泵是

5、否合用。若油泵位于贮槽液面以下1.2m处，问此泵能否正常操作？当地大气压按101.33kPa计.解: 查附录二十三 65Y-60B型泵的特性参数如下 流量 Q = 19.8m3/s, 气蚀余量h=2.6 m 扬程H = 38 m 允许吸上高度 Hg = (P0- PV)/g - h-f,0-1= -0.74 m -1.2扬升高度 Z = H -f,0-2 = 38 4 = 34m如图在1-1,2-2截面之间列方程 u12/2g + P1/g + = u22/2g + P2/g + f,1-2 + Z 其中u12/2g = u22/2g = 0 管路所需要的压头: e=(P2 P1)/g + Z

6、 + f,1-2 = 33.74m Z = 34 m游品流量Qm = 15 m3/s 2105 假设成立 u1= u2(d2 / d1)2 = 1.23 m/s 允许气蚀余量 h = (P1- P2)/g + u12/2g P1 = Pa - P真空度 = 28.02 Kpah = (28.02-2.3346)103/998.29.81 = 2.7 m 允许吸上高度 Hg =(Pa- PV)/g - h-f 离心泵离槽面道路很短 可以看作f = 0 Hg =(Pa- PV)/g - h =(101.4 2.3346)103/(998.29.81) 2.7 =7.42 m5. 水对某离心泵做实验

7、，得到下列各实验数据： Q，L/min 0 100 200 300 400 500H，m 37.2 38 37 34.5 31.8 28.5 送液体的管路系统：管径为764mm，长为355m（包括局部阻力的当量长度），吸入和排出空间为密闭容器，其内压强为129.5kPa（表压），再求此时泵的流量。被输送液体的性质与水相近。解: 根据管路所需要压头e与液体流量Qe的关系: e= K + BQe2而 K =Z + P/g 且 吸入排出空间为常压设备, P = 0 K =Z = 4.8 B = (+ e)/d 1/2g(60103A)2= (0.03355/0.068)/29.81(0.068260

8、103/4)2=1.68310-4 管道特性方程为: e= 4.8 + 1.68310-4Qe2 由下列数据绘出管道特性曲线 e-QeQe ,L/min 0 100 200 300 400 500e ,m 4.8 6.48 11.53 19.95 31.73 46.88绘出离心泵的特性曲线H-Q于同一坐标系中,如图所示: 两曲线的交点即为该泵在运转时的流量 泵的流量为400L/min若排出空间为密闭容器,则K =Z + P/g =4.8 + 129.5103/998.29.81 = 1.802而B 的值保持不变 管路的特性方程为e= 18.02 + 1.68310-4Qe2 重新绘出管路的特性

9、曲线和泵的特性曲线Qe ,L/min 0 100 200 300 400 500e ,m 18.02 19.70 24.75 33.17 44.95 60.10可以得到泵的流量为310L/min6. 某型号的离心泵，其压头与流量的关系可表示为H=18 - 0.6106Q2（H单位为m，Q单位为m/s） 若用该泵从常压贮水池将水抽到渠道中，已知贮水池截面积为100m，池中水深7m。输水之初池内水面低于渠道水平面2m，假设输水渠道水面保持不变，且与大气相通。管路系统的压头损失为Hf=0.410 Q2（Hf单位为m，Q单位为m/s）。试求将贮水池内水全部抽出所需时间。解: 列出管路特性方程e= K

10、+ HfK= Z + P/g 贮水池和渠道均保持常压 P/g = 0K= Z e= Z + 0.4106Q2 在输水之初Z = 2me= 2 + 0.4106Q2联立H=18-0.6106Q2 ，解出此时的流量Q = 410-3m3/s将贮水槽的水全部抽出 Z = 9me= 9 + 0.4106Q2 再次联立H=18-0.6106Q2 ，解出此时的流量Q = 310-3m3/s 流量Q 随着水的不断抽出而不断变小 取Q 的平均值 Q平均= （Q + Q）/2 = 3.510-3m3/s把水抽完所需时间 = V/ Q平均 = 55.6 h7. 用两台离心泵从水池向高位槽送水，单台泵的特性曲线方程

11、为 H=251106Q 管路特性曲线方程可近似表示为 H=10+1106Q 两式中Q的单位为m/s，H的单位为m。 试问两泵如何组合才能使输液量最大？（输水过程为定态流动）分析：两台泵有串联和并联两种组合方法 串联时单台泵的送水量即为管路中的总量，泵的压头为单台泵的两倍；并联时泵的压头即为单台泵的压头，单台送水量为管路总送水量的一半解：串联 He = 2H 10 + 1105Qe2 = 2(25-1106Q2) Qe= 0.43610-2m2/s并联 Q = Qe/2 25-1106 Qe2 = 10 + 1105( Qe/2)2 Qe = 0.38310-2m2/s 总送水量 Qe= 2 Q

12、e= 0.76510-2m2/s 并联组合输送量大8 . 现采用一台三效单动往复泵，将敞口贮罐中密度为1250kg/m的液体输送到表压强为 1.28106Pa的塔内，贮罐液面比塔入口低10m，管路系统的总压头损失为2m，已知泵 活塞直径为70mm，冲程为225mm，往复次数为2001/min，泵的总效率和容积效率为0.9和0.95。试求泵的实际流量，压头和轴功率。解：三动泵理论平均流量 QT = 3ASnr = 3/4 (0.07)20.025200 =0.52m3/min 实际流量Q = QT =0.950.52 = 0.494 m3/min 泵的压头 H = P/g + u2/2g + H

13、f + Z 取u2/2g = 0 =P/g + Hf + Z = 1.28106/12509.81 + 2 + 10 = 116.38m 轴功率 N = HQ/102 = 13.05 Kw9 用一往复泵将密度为1200kg/m的液体从A池输送到B槽中，A池和B槽液面上方均 为大气压。往复泵的流量为5m/h。输送开始时，B槽和A池的液面高度差为10m。输送过程中，A池液面不断下降，B槽液面不断上升。输送管径为30mm，长为15m（包括局部阻力当量长度）。A池截面积为12m，B槽截面积为4.15m。液体在管中流动时摩擦系数为0.04。试求把25m液体从A池输送到B槽所需的能量。解：列出此往复泵输送

14、的管路特性方程 e= K + BQe2 而 K = P/g + u2/2g + Z A，B槽上方均大气压 P/g = 0 ，u2/2g = 0 在输送开始时 ，h0= 10 m 输送完毕后 A池液面下降：25/12 = 2.01m B池液面上升： 25/4.15 = 6.1 m h = 10 + 2.01 + 6.1 = 18.11mB =(+ e)/d 1/2g(3600A)2 =0.4 15/0.03 1/(3600/40.032)229.81 =0.157 输送开始时管路的特性方程 e= 10 + 0.157Qe2 输送完毕时管路的特性方程 e= 18.4 + 0.157Qe2 取平均压

15、头平均=(e+e)/2 = （10 + 0.157Qe2 + 8.4 + 0.157Qe2 ）/2 ，Qe=5 m3/s = 18 m 输送所需要的时间 = V/Q = 25/5 = 5h =18000 输送有效功率 Ne = HQg = 185/3600 12009.81 = 294.3 所需要的能量 W = Ne= 5.3106 J = 5300KJ10. 已知空气的最大输送量为14500kg/h，在最大风量下输送系统所需的风压为1600Pa（以风机进口状态级计）。由于工艺条件的呀求。风机进口与温度为40，真空度为196Pa的设备相连。试选合适的离心通风机。当地大气压为93.3kPa。解：

16、输送洁净空气应选用4-72-11型通风机 40，真空度为196Pa时空气的密度 = MP/RT = 1.04Kg/m3 将输送系统的风压HT按HT = HT/ HT = 16001.2/1.04 = 1850.72 m 输送的体积流量 Q = Qm/= 14500/1.04 = 13942.31 m3/h 根据输送量和风压选择 4-72-11 No 6c型可以满足要求 其特性参数为转速(r/min)风压(Pa)风量(m3/h) 效率() 功率（Kw） 2000 1941.8 14100 91 10.011.15的空气直接由大气进入风机在通过内径为800mm的水平管道送到炉底，炉底表压为10kP

17、a。空气输送量为20000m/h（进口状态计），管长为100m（包括局部阻力当量长度），管壁绝对粗糙度可取为0.3mm。现库存一台离心通风机，其性能如下所示。核算此风机是否合用？当地大气压为101.33kPa。 转速，r/min 风压，Pa风量，m/h1450 12650 21800解：输送系统的风压 HT= （Z2Z1）g + P2 P1 + （u22-u12）/2 + hf 水平管道输送 ，Z2Z1= 0 ，（u22-u12）/2 = 0 空气的流动速度u = Q/A = 20000/（/4 0.823600） = 11.06m/s 查本书附图可得 15空气的粘度= 1.7910-3Pas

18、 ，密度= 1.226 Kg/m3 Re = du/= 0.81.22611.06/1.7910-3 = 6059.1 /d = 0.3/800 = 0.000375根据Re-/d图可以得到其相对粗糙度=0.0365hf =(+ e)/d u2/2=0.0365100/0.8 11.062/2=279.1 输送系统风压HT= P2 P1 + hf = 10.8103 + 1.226279.1 = 11142.12Pa 12650Pa 且 Q = 20000 21800 此风机合用12. 某单级双缸双动空气压缩机，活塞直径为300mm，冲程为200mm，每分钟往复480次。压缩机的吸气压强为9.

19、807104Pa，排气压强为34.32104Pa。试计算该压缩机的排气量和轴功率。假设汽缸的余隙系数为8%，排气系数为容积系数的85%，绝热总效率为0.7。空气的绝热指数为1.4。解：双缸双动压缩机吸气量Vmin =（4A-a）snr 活杆面积与活塞面积相比可以略去不计 吸收量Vmin =4Asnr = 4 /4 0.320.2480 = 27.13 m3/min 压缩机容积系数0= 1-(P2/P1)1/r-1 = 1- 0.08（34.32/9.80）1/1.4-1 =0.8843 d=0.850 = 0.7516 排气量Vmin=dVmin= 20.39m3/min 实际压缩功率 Na=

20、 P1 Vmin/（-1）(P2/P1)/(-1) 1 = 50.19 Kw 该压缩机的轴功率 N = Na/a =50.19/0.7 = 71.7Kw13. 用三级压缩把20的空气从98.0710kPa压缩到62.8105Pa。设中间冷却器能把送到最后一级的空气冷却到20，各级压缩比相同。试求： （1）.在各级的活塞冲程及往复次数相同情况下，各级汽缸直径比。（2）三级压缩消耗的理论功（按绝热过程考虑。空气绝热指数为1.4，并以1kg计）。分析：多级压缩机的工作原理：每一级排出口处的压强多时上一级的四倍，因此每一级空气的流量为上一次的0.25倍解：各级的活塞冲程及往复次数相同压缩机总的压缩 比 = （P2/P1）1/3 = 4 V1 ：V2 ：V3 = A1 ：A2 ：A3 = 16 ：4 ：120时1Kg空气的体积V1 = mRT/MP = 18.315293/(2998.07) =0.8566 m3 根据W = P1V1 i/（-1）(P2/P1)(-1)/i-1 =98.07100.856631.4/0.4 （40.4/1.4-1） =428.7 KJ