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1、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=0.6 1 答案*Z1+u 2/2 g+P1/pg+He=Z2+u 2/2 g+P2/p g+EH Z=0,Z=25m,u 0 u 0 P H=Z+EH=25+EH EH=(X X/d U/2g)X1.25 u=V/A=25/(3600 X.7

2、85(0.07 5)=1.573m.s EH=(0.03 120/0.075 1573/(2X9.81)X1.25=7.567m 盐水柱 H=25+7.567=32.567m N=Q H p/102=25 X32.567 120 0/（3600X102）=2.66kw N 轴=N/吓 2.66/0.6=4.43kw 2.（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 6 m3.h-1 至 15 m3.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

3、的流量 m3.h-1，问：（1）如要求流量为 10 m3.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 8 m3.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-F 1 答案*u=10/(3600 X.785 X.05)=1.415m.s-1 工 hf=入工(l+le)/2/2U=0.03 從 0/0.05)(1.4152/2)=30.03 Pa/p+W=Pa/p+Zg+工 hf 1-2 W=Z2g+X hf 1-2=10081+30.03=128.13 J.kg H 需要

4、=W/g=128.13/9.81=13.06m 而 H 泵=18.92-0.82(10)=13.746m H泵H需 故泵可用 N=H 泵 Q 泵 p g/n p g/n 常数 二 Nx H 泵 Q 泵 N 前 x 13.746 M0 H 泵后=18.92-0.82(8)0.8=14.59 N 后 x 14.59 為 N 后/N 前=14.59 8/(13.746 W)=0.849（N 前-N 后）/N 前=1-0.849 15.1%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 108 4mr管路 全长 100m（包括局部阻力的当量长度，管的进、出

5、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 1000k g.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=108-2 M=100mm=0.1m A=(n/4)d=3.14 糾 4)g=0.785 W m 1+工 l=100m Q=56.5m.h u=Q/A=56.5/(3600 085 10)=2m.s 卩=1cp=10 Pa S p=1000kg.m 入=0.024 Re=dup/卩=0.1 X 2 X 1000/10=2 X10 4000 水在管内流动呈湍流 以

6、 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/p g)+He=Z+(u/2g)+(p/p g)+工 hf Z=0 u=0 p 0(表压)Z=18m u=0 g=2.5 X 9.81 7(1000%81)=25m=0.024(100/0.1)2X/(2%81)=4.9m He=18+25+4.9=47.9m Ne=HQp g=47.9 X 1000 X 9.81 X 56.5/3600=7.4kw 4.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

7、面 0.8m 处，孑 L径为 20mm，孔流系数为 0.61。管路为 0 57 X 3.5mm 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

8、？答案*u=Vs/(0.785d)=6.86/(0.785 0.06 X3600)=0.97 1m.s Re=0.05)0.971 氷 000 心 W)=48550 入=0.3164/F02=0.1364/4855C 25=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：Z g+p/p+u/2+W=Z g+p/p+u/2+E hf 1-2 W=Z g+E hf 1-2=Z g+入(1+E le)/d(U2)=10 081+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

9、-2 截面间列柏 努利方程式 z g+(p/p)+(u/2)+W=Z g+(p /p)+(u/2)E hf 1-2 (P-P)/P=(PA-pa)/p=W f g 12)-(1+E le)/d(u/2)=14839.2 9.81-0.971/2-0.0213(50/0.05)(0.971/2)=148.3-90.252-0.4714-10.04=47.53J.kg pA-pa=47.5366 1000=47.53 10 N.m R=(pA-pa)/g(ppo)=47.53 X0/9.81(於 600-1000)=0.3846m=38.4 6cm 根据 Vs=C So2gR2(p-p)/p R=

10、(Vs/CoSo)p/2g(o-p)式 中:Co=0.61 So=0.785.02=3.14 X0 m Vs=6.86/3600m.s,R=(6.86/3600)(1/(0.61 3.14 來 0)X100 0/2 区 81(.3600-1000)=0.4m=40cm 30m.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 1000

11、kg.m。答案*如图取 1 1，2-2 截面，并以 1 1 截面 为基准面，列柏努里方程得：H=AZ+E Hf 1-2=18+1+3=22m 二二 N 轴轴=Qlp/(102 n)=(30/3600)21 X1000/(102(X6)=3kw Hg 允=Hs 允一 U/2 g Hf 吸=6 1=5m 2m Hg实 v Hg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 18 m3.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

12、;(2)输水管为 60 X 3.5mr 的钢管；(3)管路部份的压头损失 刀 hf=19 XJ2/(2 g)mH2O,换热器 B壳程的压力损失 4P=73.6 X2/(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 2B 31 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.h m kw m 10 34.5 1.87 8.7 20 30.8 2.60 7.2 30 24 3.07 5.7 2 3m 答案*选择计算截面 1 1,2 2面如题图所示;地平面为基准面。U=V/A=18/3600/(n/

13、4)(06-2(X0035)=2.27m.s Z+P/pg+U/2 g+He=Z+P/p g+Eh f+(A P/g)P=P U=0 He=(23-3)+(2.27/(2 区 81)+19 2.27/(2 9C81)+73.6 2.27/(2 9C81)输 00心 000 91)=27.2mH O 由 2B 31型离心泵特性曲线图查得：Q=18m.h,He=31.5m(27.2)且 n=62%,而 n m a x=65%65%90%=58.5%(v 62%=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.c

14、m2，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 m 3B57A 50 38 7.0 3B33 45 32 6.0 3B19 38 20 5.0.答案 以储水池液面为 1 1面，以塔顶为截面 2-2,并以 1 1面为基准面，列柏努利方程 Z+P/fg+U/2g+h=Z+P/pg+U/2 g+Eh f Z=0,Z=

15、6,P=0,P=1.0(kgf.cm)U=0 Eh=h+h=4m h=6+9.8 X0/(10 08)+4=20(m)T h=20(m)V=40 m.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=4.5m 8.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 Q m3.min 和压头 He m 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/d 20+(

16、3+0.2+0.03 20/0.25)U/2g Ne QHe P g/60+0.62Q 0.25 20.04 1000 9.81/60=819 w=0.819kw 9.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 2.0 mH 2 O,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/2 g-Eh f o=6 2.0=4.0m 实际安装高度 H 实40.5=3.5m 10.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

17、送往炼油厂。输油量为 4 m3.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)=0.0177m u=40/(3600(X0177)=0.63m.s Re=du p/卩=0.15 X 0.63 X 890/0 层流 10(入=64/Re=64/210=0.304 Hf=入(l/d)(u/2g)=0.304(2000/0.15)0X3/(2 X81)=82.1m Ws=40X890/3600=9.9kg.s N=82.1X9.81(9.9/(1000 0.65)=12.3kw H=0.8Hf=65.7m Pf=65.7 9.81 890=5.736 10 N.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)=5.736 10 X0.15/(32 2000 0.4)=0.504m.s V=3600 X0.504 0.0177=32.1m.h