2011年冶金工程化工原理复习题

流体的输送机械

解释概念：

1. 气缚现象：离心泵在开动时，若泵内与输出管道内没有充满液体，这种因空气密度远小

于液体密度而造成真空度使得叶轮旋转所产生的离心力无法造成使液体上升的现象被称之为气缚现象。 泵扬程（或压头）：输送单位重量流体要求由泵提供的机械能。或为使管路系统按

要求的流量Q正常运行，所选择的输送机械必须能对单位重量被输送的流体供给足够的机械能。

气缚与汽蚀现象：离心泵开动时如果泵壳内和吸入管路内没有充满液体，它便没有抽吸液体的能力，这是因为空气的密度比液体小得多，随着叶轮旋转所产生的离心力不足以造成吸上液体所需的真空度。像这种原因因泵壳内存在空气而导致吸不上液的现象，称为“气缚”； 汽蚀现象：提高泵的安装高度，将导致泵内压力降低，其最低值为叶片间通道入口附近，当这个最低值降至被输送液体的饱和蒸汽压时，将发生沸腾，所产生的蒸汽泡在随液体从入口向外周流动中，又因压力迅速加大而积聚冷凝。使液体以很大速度从周围冲向汽泡中心，产生频率很高，瞬时压力很大的冲击，这种现象称为“汽蚀”； 离心泵的轴功率与有效功率：根据泵的压头和流量算出的功率是泵所输出的有效功率，实际测得的轴功率大于有效功率。这是由于通过泵轴所输入的功率有一部分在泵内被损耗。离心泵的轴功率可直接利用效率?计算：N?HQ?g/?，式中：N-泵的轴功率，W；H- 泵的压头，m：Q- 泵的流量，m/s；?-液体密度，kg/m3；?-效率。

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2.

简答题：

1.如何确定泵的工作点？

泵的工作特性是由泵和管路的特性共同决定的，因此泵的特性曲线与管路的特性曲线的交点，交点是被输送液体管路所需压头与泵向液体提供的压头恰好相等时的流量，该交点即泵的工作点。

2.简述汽蚀现象的预防措施？

汽蚀现象：提高泵的安装高度将导致泵内压力下降，其最低值为叶片间通道入口附近，当最小值低于液体的饱和蒸汽压时，液体沸腾，蒸气泡随着液体经入口向四周流动，由于压力迅速加大使气泡急剧冷凝，使液体以较大的速度冲向气泡中心，产生频率较高、瞬时压力较大的冲击，这种现象称为汽蚀现象，为预防这种现象的出现，应将泵的安装高度不超过某一定值，使泵内最小压力大于液体饱和蒸汽压。 离心泵的汽蚀现象及安装高度的确定方法？

汽蚀现象：提高泵的安装高度，将导致泵内压力降低，其最低值为叶片间通道入口附近，当

这个最低值降至被输送液体的饱和蒸汽压时，将发生沸腾，所产生的蒸汽泡在随液体从入口向外周流动中，又因压力迅速加大而积聚冷凝。使液体以很大速度从周围冲向汽泡中心，产生频率很高，瞬时压力很大的冲击，这种现象称为“汽蚀”；

泵的允许安装高度受最小汽蚀余量或允许吸上真空度的限制，以免发生汽蚀现象（例如：管路压头减去汽蚀余量等于允许安装高度）。

三 计算题

1. 确定泵是否满足输送要求。将浓度为95%的硝酸自常压罐输送至常压设备中去，要求输送量为36m/h, 液体的扬升高度为7m。输送管路由内径为80mm的钢化玻璃管构成，总长为160（包括所有局部阻力的当量长度）。现采用某种型号的耐酸泵，其性能列于本题附表中。问：

（1） 该泵是否合用？

（2） 实际的输送量、压头、效率及功率消耗各为多少？ Q(L/s) H(m) ?(%)

0 19.5 0

3 19 17

6 17.9 30

-3

3

9 16.5 42

3

12 14.4 46

15 12 44

已知：酸液在输送温度下粘度为1.15?10Pa?s；密度为1545kg/m。摩擦系数可取为0.015。 解：（1）对于本题，管路所需要压头通过在储槽液面和常压设备液面之间列柏努利方程求得：

22u1p1u2p?z1??He??z2?2??Hf 2g?g2g?g式中z1?0,z2?7m,p1?p2?0(表压)，u1?u2?0 管内流速：u?4Q2?d?363600*0.785*0.0802?1.99m/s

管路压头损失：?Hfl??leu21601.992???0.015?6.06m

d2g0.082*9.81管路所需要的压头：He??z1?z1???Hf?7?6.06?13.06m 以（L/s）计的管路所需流量：Q?36*1000?10L/s 3600由附表可以看出，该泵在流量为12 L/s时所提供的压头即达到了14.4m，当流量为管路所需要的10 L/s，它所提供的压头将会更高于管路所需要的13.06m。因此我们说该泵对于该输送任务是可用的。

另一个值得关注的问题是该泵是否在高效区工作。由附表可以看出，该泵的最高效率为

46%；流量为10 L/s时该泵的效率大约为43%。因此我们说该泵是在高效区工作的。

（2）实际的输送量、功率消耗和效率取决于泵的工作点，而工作点由管路物特性和泵的特性共同决定。

由柏努利方程可得管路的特性方程为：He?7?0.006058Q2 （其中流量单位为L/s） 据此可以计算出各流量下管路所需要的压头，如下表所示： Q(L/s) H(m)

0 7

3 7.545

6 9.181

9 11.91

12 15.72

15 20.63

据此，可以作出管路的特性曲线和泵的特性曲线，如图所示。两曲线的交点为工作点，其对应的压头为14.8m；流量为11.4L/s；效率0.45；轴功率可计算如下：

HQ?14.8*11.4?10?3*15.45N???5.68kW

102?102*0.4522204018161420121086024681012141603050H, m10Q, L/s

机械分离与固体流态化

自由沉降与干扰沉降：颗粒彼此相距很远，不产生干扰的沉降称为自由沉降。若颗粒之间的距离很小，即使没有互相接触，一个颗粒沉降时也会受到其他颗粒的影响，这种沉降称为干扰沉降。

沉降终速：颗粒在沉降开始时，沉降速度与沉降阻力均为零，因受力而降落，速度增加，阻力增大，当阻力与净重力相等时，颗粒受力达到平衡，加速度为零，此时颗粒以该速度均匀下降，这时的速度被称之为沉降终速。 重力收尘与旋风收尘 ：

气体进入降尘室后，因流通截面扩大而速度减慢。尘粒一方面随气流沿水平方向运动，其速度与气流速度u相同。另一方面在重力作用下以沉降速度u0垂直向下运动。只要气体通过降尘室经历的时间大于或等于其中的尘粒沉降到室底所需的时间，尘粒便可分离出来。离心沉降分离从气流中分离颗粒。含尘气体从圆筒上侧的进气管以切线方向进入，按螺旋形路线相器底旋转，接近底部后转而向上，气流中所夹带的尘粒在随气流旋转的过程中逐渐趋向器壁，碰到而落下。

滤饼过滤：颗粒的尺寸大多数都比过滤介质的孔道大，固体物积聚于介质表面，形成滤饼。

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