化工原理复习

强为102.6kPa,气体速度为46m/s,风机的效率为60%,试计算风机的轴功率。

解:风机前后压强变化与吸入压强之比为:

p2?p1102.6?98.9=?3.74%?20% p198.9空气虽为可压缩气体,但由上式计算结果知,可将空气当作不可压缩流体处理。用平均压强计算空气的平均密度:

p1?p2(102.6?98.9)?103??100.8kPa pm?22 ?m?29100.82733???0.96kg/m 22.4101.33366.3要求输送空气的摩尔流量为:

1700?70.45kmol/h 29422.4?273以上流量换算成吸入状态下的体积流量为:

101.33366.33

70.45?22.4???2169m/h

98.9273风机操作条件下的风压

0.96?462?(102.6?98.9)?10? HT?(P2?P1)? 223?u2 =4715Pa 风机的轴功率 N?HTQ4715?2169?4.73kW 1000?3600?1000?0.60 p/kPa 例2-6 根据输送任务确定管径与相应的离心泵 欲将池水以10?10?3m3/s的流量送至高位槽, 高位槽水面比水池液面高13米,管长为50米, 管路内有90°弯头2个,全开闸门阀一个,入 口底阀一个(??8),试在常用流速范围内选择 两个流速,分别计算管径并选用适当的泵。

解:本例属设计型问题。在设计型问题中泵尚未 确定,泵的特性曲线方程未知,故只有以下三式可用:

物料衡算式 qV?能量衡算式

pa 13m pa A 2-6附图

?4d2u

p1p2lu2?He?z2??(????) z1? ?g?gd2g直管阻力系数计算式

1??1.742?log(2?18.7?) ?dud?? 在以上三式中,含有qV、u、He、?、z1、z2、p1、p2、l、d、?和??共12个变量,其中已知qV、l、z1、z2、p1、p2、??和?(随管材的选择而定),但问题仍没有确定的解。设计者选择不同的流速u,计算管径d和所需压头He,然后根据流量和压头选用相应的泵,并从中选出最优的方案。

根据水在管内的常用流速(1~3m/s)范围,选择以下两种流速进行计算: (1)选择u'?2m/s,则 d'?4qV??u'4?0.01?0.08m ??2根据产品规格,采用?89?3.5热轧钢管,d=82mm,管壁粗糙度取?=0.2mm,管内流速为 u? Re?4qV4?0.01??1.9m/s 22?d??0.082?du1000?0.082?1.9??1.56?105、 ?3?1?10

?d?0.2?0.0024 82查得??0.026。管路所需压头为

?p'lu2?(????) He? ?gd2g501.92?8?2?0.75?0.17?1)??17.9m ?13?(0.026?0.0822?9.81根据qV?10?10?3m3/s,He?17.9m,可选用IS80-65-125型水泵。

(2)选择u'?3m/s,则

4?0.01?0.065m ??3 d'?采用?70?3热轧钢管,d?64mm,??0.2mm,则 u?4?0.01?3.1m/s 2??0.0641000?0.064?3.15?1.98?10

10?3 Re?

?d?0.2?0.0031 , ??0.026 64503.12?8?2?0.75?0.17?1)??28.1m He?13?(0.026?0.06419.6根据qV?10?10?3m3/s,He?28.1m,可选用IS80-65-160型水泵。

两种管径所需压头之比为28.1/17.9=1.57,显然,采用较大管径可减小能耗。但究竟选择哪一个方案,还应按使用年限计算管路和离心泵的折旧费,综合考虑操作费和折旧费后,以总费用较小者为佳。

例2-7 输送管路对外加功的需求

在图示管路中装有离心泵,吸入管直径d1?80mm,长l1?6m,阻力系数?1?0.02,压出管直径

d2?60mm,长l2?13m,阻力系数?2?0.03,在压出管E处装有阀门,其局部阻力系数?E?6.4,

pa 管路两

2 2 端水面高度差H=10m,泵进口高于水面2m,管内 流量为12?10?3m3/s。试求:

(1)每千克流体需从离心泵获得多少机械能? (2)泵进、出口断面的压强pC和pD各为多少? 1 (3)如果是高位槽中的水沿同样管路向下流出, H B C 1 2-7 附图

D E F G pa 2m A 管内流量不变,问是否需要安装离心泵? 解:(1)泵吸入管内的流速为

4qV4?12?10?3 u吸?2??2.39m/s 2?d1??0.08d120.082泵压出管内的流速为 u压?2u2??2.39?4.24m/s

d20.062 在断面1-1和2-2之间列机械能衡算式,并移项整理得 he?

p2'?p1'2u2?u12???hf,1?2

2?p2'?p1'22?22u吸u压u?u12l1l2?0 ?hf,1?2?(?1??A??B) ?(?2??E??F??G)2d12d2262.392134.242?(0.02??0.5?0.75)??(0.03??6.4?0.75?1)?

0.0820.062?139.5J/kg

?gH?9.81?10?98.1J/kg

he?98.1?139.5?237.6J/kg

从以上计算结果可以看出,流体所获得的外加功主要用于克服管路阻力和增加流体的势能。对于通常管路,动能增加项很小,可以忽略不计。

(2)以断面1-1为基准,在断面1-1和C-C之间列机械能衡算式可得

pCu吸1.013?1052.392??gzc??hf,1?c??9.81?2?? ??210002pa262.392?0.5?0.75)??71J/kg (0.02?0.0824 pC?7.1?10Pa

在断面D-D和2-2之间列机械能衡算式可得

pD??g(z2?zD)?pa??hf,D?2u压1.013?105??9.81?8?? 210002134.242?6.4?0.75?1?1)??302.5J/kg (0.03?0.062 pD?3.025?105Pa 在断面C-C和D-D之间机械能衡算式得 he?pD?pC??u压?u吸222?pD?pC??302.5?71?231.5J/kg

此结果表明,输送机械能对流体做功的最终结果主要是增加了流体的压强能。因此,对管流而言,即使有外加机械能输入,克服阻力损失所需能量?hf仍然是由势能直接提供的。

(3)在断面2-2和1-1之间列机械能衡算式,可求出沿同一管路(无泵)输送同样流量所需要的势能差为

?p'uull ?(?22??G??F??E)压?(?11??B??A)吸

d22d122134.2462.392?0.5?0.75?6.4)??(0.02??0.75?1)? ?(0.03? 0.0620.082 ?136.5J/kg

管路两端流体的实际势能差为

?p'?gH?9.81?10?98.1J/kg ?因?p'/???p'需/?,所以单靠势能差不足以克服管路在规定流量下的阻力,所差部分需要输送机械提供。 选择题、填空题

1.用离心泵从水池抽水到水塔中,设水池和塔液面维持恒定,若离心泵在正常操作范围内工作,开大出口阀将导致( )。

(A) 送水量增加,泵的压头下降; (B)送水量增加,泵的压头增大;

???hf,2?D??hf,C?1

22 (B) 送水量增加,泵的轴功率不变; (D)送水量增加,泵的轴功率下降。 2.某离心泵在运行半年后,发现有气缚现象,应( )。 (A)降低泵的安装高度; (B)停泵,向泵内灌液;

(C)检查出口管路阻力是否过大; (D)检查进口管路是否泄漏。

3.从低位槽向高位槽输水,单台泵可在高效区工作。若输送管路较长,且输送管路布置不变,再并联一台相同泵,则( )。

(A)两泵均在高效区工作; (B)仅新装泵在高效区工作; (C)仅原装泵在高效区工作; (D)两泵均不在原高效区工作。 4.开大离心泵的出口阀,离心泵的出口压力表读数将( )。

(A)增大; (B)减小; (C)先增大后减小; (D)先减小后增大。 5.若离心泵启动后却抽不上水来,可能的原因是:( )。 (A)开泵时出口阀未关闭; (B)离心泵发生了气缚现象; (C)未灌好泵; (D) 进口阀未开

6.输送系统的管路特性方程可表示为H=A+BQ2,则( )。

(A)A只包括单位质量流体需增加的位能;(B)A包括单位质量流体需增加的位能和静压能;(C)BQ2代表管路系统的局部阻力损失;(D)BQ2代表单位质量流体需增加的动能。

7.在测量离心泵特性曲线实验中,管路特性曲线可写为H=A+BQ2,当管路循环且出口端插入循环水槽液面下,则A值( )。

(A)大于零; (B)小于零; (C)等于零; (D)不确定。 8.由离心泵和某一管路组成的输送系统,其工作点( )。

(A)由泵铭牌上的流量和扬程所决定; (B)由泵的特性曲线所决定;

(C)即泵的最大效率所对应的点; (D)是泵的特性曲线与管路特性曲线的交点。

9.在测定离心泵特性曲线的实验中,启动泵后,出水管不出水,泵进口处真空表指示真空度很高,某同学正确地找到原因并排除了故障。你认为可能的原因是( )。

(A)水温太高; (B)真空表损坏; (C)吸入管堵塞; (D)排出管堵塞。 10.测定离心泵特性曲线实验管路中,压强最低的是( )

(A)吸入口处;(B)泵壳靠近吸入口一侧;(C)叶轮入口处;(D)泵壳出口端。

11.离心泵与往复泵的启动与流量调节不同之处是离心泵( ),往复泵( )。 12.用离心泵将水池中水送至常压水塔,若在离心泵正常操作范围内,将出口阀开大,则流量qV变大,扬程He变小,管路总阻力损失?Hf变小,轴功率Pa变大 (变大、变小、不变、不确定)。 13.如图示操作中的离心泵输液管路,已知容器上方真空表读数为p,现在p增大,其他管路条件不变,则管路总阻力损失?Hf变大 (变大、变小、不变、不确定)。

14.图示管路用泵将江中水送上敞口容器。若在送水过程中江面水位上升,流量 (变大、变小)。

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