“化工原理”第二章《流体输送机械》复习题

发布时间:2011-06-07 22:30:47

化工原理第二章流体输送机械复习题

(化04030404班;2006-11-11

一、填空题:

1.3分)某输水的水泵系统,经管路计算得,需泵提供的压头为He=19m水柱,输水量为0.0079m3/s ,则泵的有效功率为________. ***答案*** 1472w

2.2分)离心泵的主要部件有如下三部分:______,_____,_______.

***答案*** 泵壳; 叶轮; 泵轴

3.2分)离心泵的主要参数有:______,______,______,________.

***答案*** 流量; 扬程; 功率; 效率

43分) 离心泵的特性曲线有: _____________,_________________,___________________.

***答案*** 压头H~流量Q曲线功率N~流量Q曲线 效率η~流量Q曲线

52分)离心泵的最大安装高度不会大于_______________. ***答案*** 10m

6.2分)离心泵的工作点是如下两条曲线的交点:______________,________________.

***答案*** 泵特性曲线H--Q 管路特性曲线H--Q

73分)调节泵流量的方法有:_____________,__________________,____________________.

***答案*** 改变阀门的开度; 改变泵的转速; 车削叶轮外径

8.3分)液体输送设备有:___________,___________,__________,___________,_______.

***答案*** 离心泵; 往复泵; 齿轮泵; 螺杆泵; 旋涡泵

9.3分)气体输送设备有:________,_________,___________.

***答案*** 通风机; 鼓风机; 压缩机

10.3分)泵起动时,先关闭泵的出口开关的原因是____________________

**答案** 降低起动功率保护电机,防止超负荷而受到损伤;同时也避免出口管线水力冲击。

11.3分)若被输送的流体粘度增高,则离心泵的压头___,流量 ___,效率___,轴功率____。 ***答案*** 减小 减小 下降 增大

12.离心泵的流量调节阀安装在离心泵___管路上,关小出口阀门后,真空表的读数____,压力表的读数_____。 ***答案*** 出口 减小 增大

13.2分)流体输送设备按工作原理大致可分为四类即___,__,___,____。 ***答案*** 离心式 往复式 旋转式 流体动力作用式

14.2分)离心泵的安装高度超过允许安装高度时,离心泵会发生_______现象。

***答案*** 气蚀

15.2分) 离心泵的扬程含义是______________

***答案*** 离心泵给单位重量的液体所提供的能量。

16.2分) 离心泵叶轮按有无盖板可分为____,_____,______。

***答案*** 敞式 半敞式 闭式(或开式,半开式,闭式)

17.2分)离心泵铭牌上标明的流量和扬程指的是_______时的流量和扬程。

***答案*** 效率最高

18.3分) 用离心泵在两敞口容器间输液, 在同一管路中,若用离心泵输送ρ=1200kg/m3 的某液体(该溶液的其它性质与水相同),与输送水相比,离心泵的流量_______,扬程_____,泵出口压力____,轴功率___。(变大,变小,不变,不确定)

***答案*** 不变 不变 变大 变大

19.5分)离心泵用来输送常温的水,已知泵的性能为:Q0.05m3/sH20m ;管路特性为Q0.05m3/s时,He18m,则在该流量下,消耗在调节阀门上的压头增值 ΔH=______m;有效功率ΔN=______kw ***答案*** 2; 0.981

20.2分) 离心泵起动时,如果泵内没有充满液体而存在气体时,离心泵就不能输送液体。这种现象称为__________现象。***答案*** 气缚

21.2分)离心泵采用并联操作的目的是________,串联操作的目的是_________

***答案*** 提高流量; 提高扬程

22.2分)风机的风压是指_________的气体通过风机而获得的能量。 ***答案** 单位体积

23.2分) 离心通风机的性能曲线比离心泵的性能曲线多了一条____________曲线。

***答案*** 流量与静风压

二、选择题:

1.2分)离心泵起动时,应把出口阀关闭,以降低起动功率,保护电机,不致超负荷工作,这是因为(

A. Q启动0 N启动≈0 B. Q启动 0N启动0 C. Q启动0 N启动0

***答案*** A

2.2分) 题号2073 2 知识点 100 难度 容易

离心泵开动以前必须充满液体是为了防止发生( )

A. 气缚现象 B. 汽蚀现象

C. 汽化现象 D. 气浮现象

***答案*** A.

3.2分) 题号2074 2 知识点 100 难度 容易

离心泵最常用的调节方法是 ( )

A. 改变吸入管路中阀门开度 B. 改变压出管路中阀门的开度

C. 安置回流支路,改变循环量的大小 D. 车削离心泵的叶轮**答案*** B.

4.2分)离心泵的扬程,是指单位重量流体经过泵后能量的值 ( )

A. 包括内能在内的总能量 B. 机械能

C. 压能 D. 位能(即实际的升扬高度) ***答案*** B.

5.2分)已知流体经过泵后,压力增大ΔP N/m2,则单位重量流体压力能增加为( )

A. ΔP B. ΔP/ρ C. ΔP/(ρ) D. ΔP/(2)

***答案*** C.

6.2分)当离心泵内充满空气时,将发生气缚现象,这是因为( )

A. 气体的粘度太小 B. 气体的密度太小

C. 气体比液体更容易起漩涡

D. 气体破坏了液体的连续性

***答案*** B.

7.2分)某同学进行离心泵特性曲线测定实验,启动泵后,出水管不出水,泵进口处真空计指示真空度很高,他对故障原因作出了正确判断,排除了故障,你认为以下可能的原因中,哪一个是真正的原因( )

A. 水温太高 B. 真空计坏了

C. 吸入管路堵塞 D. 排出管路堵塞

***答案*** C.

8.2分) 题号2089 2 知识点 100 难度 较难

在某校离心泵特性曲线实验装置中泵的安装高度为-1m,泵的入口处装一U形管压差计,则测得入口处的压力( )

A. 自始至终大于大气压力

B. 随着流量的增大,经历大于大气压力,等于大气压力,小于大气压力三个阶段 C. 自始至终小于大气压力 D. 自始至终等于大气压力

***答案*** B.

9.2分) 一台试验用离心泵,开动不久,泵入口处的真空度逐渐降低为零,泵出口处的压力表也逐渐降低为零,此时离心泵完全打不出水。发生故障的原因是( )

A. 忘了灌水 B. 吸入管路堵塞

C. 压出管路堵塞 D. 吸入管路漏气

***答案*** D.

10.2分)离心泵的允许吸上真空度随泵的流量增大而(

A. 增大 B. 减少 C. 不变

***答案*** B

11.2分)用离心泵将液体从低处送到高处的垂直距离,称为(

A. 扬程 B. 升扬高度 C. 吸液高度

***答案*** B

12.2分)流量调节,离心泵常用( ),往复泵常用(

A. 出口阀 B. 进口阀 C. 旁路阀

***答案*** A C

13.2分)输送气体的密度越大,则风机的风压(

A. 越高 B. 越低 C. 不变

***答案*** A

14.2分)欲送润滑油到高压压缩机的气缸中,应采用( )。输送大流量,低粘度的液体应采用( A. 离心泵 B. 往复泵 C. 齿轮泵

***答案*** C A

15.2分)用离心泵从河中抽水,当河面水位下降时,泵提供的流量减少了,其原因是( )。

A. 发生了气缚现象 B. 泵特性曲线变了 C. 管路特性曲线变了

***答案*** C

16.2分)当离心泵输送的液体的粘度增大时,则其(

A. 扬程减少,流量、效率、轴功率均增大 B. 扬程、流量、效率均降低,轴功率增大

C. 扬程、效率增大,流量,轴功率减少 D. 程、流量、效率均增大,轴功率减少

***答案*** B

17.2分)离心泵的吸液高度与( )无关

A. 排出管路的阻力大小 B. 吸入管路的阻力大小

C. 当地大气压 D. 被输送液体的密度

***答案*** A

三、问答题:

1.12分)何谓离心泵的气缚气蚀现象,它们对泵的操作有何危害?应如何防止?

***答案***

气缚:由于泵内存气,启动泵后吸不上液的现象,称气缚现象。气缚现象发生后,泵无液体排出,无噪音,振动。为防止气缚现象发生,启动前应灌满液体。

气蚀:由于泵的吸上高度过高,使泵内压力等于或低于输送液体温度下的饱和蒸汽压时,液体气化,气泡形成,破裂等过程中引起的剥蚀现象,称气蚀现象,气蚀发生时液体因冲击而产生噪音、振动、使流量减少,甚者无液体排出。为防止气蚀现象发生;泵的实际安装高度应不高于允许吸上高度。

2.10分)为什么离心泵可用出口阀来调节流量?往复泵可否采用同样方法调节流量?为什么?

***答案*** 由离心泵的工作点知,改变泵出口阀的开度,使局部阻力改变,而管路特性曲线改变,流量随之改变,此法虽不经济,但对泵运转无其它影响;而往复泵属容积式泵,压头与流量基本无关,若关闭出口阀,则因泵内压力急剧升高,造成泵体。管路和电机的损坏,故不宜用出口阀来调节流量。

3.6分) 离心泵的扬程和升扬高度有什么不同?

***答案*** 离心泵的扬程是指泵给以单位重量液体的有效能量、 液体获得能量后,可将液体升扬到一定高度△Z,而且还要用于静压头的增量△P/ρg和动压头的增量△u /2g及克服输送管路的损失压头,而升扬高度是指将液体从低处送到高处的垂直距离,可见,升扬高度仅为扬程的一部分,泵工作时,其扬程大于升扬高度。

4.8分)当离心泵启动后不吸液,其原因主要有哪些?

***答案*** 不吸液的原因可能是:由于灌液不够 或底阀不严密而漏液,使泵内存有空气;由于底阀或吸入管路 堵塞;安装高度过高;电机接线不正确致使叶轮反转等。

5.8分)按图写出离心泵开泵及停泵操作程序。

***答案***

开泵:关闭阀B一打开阀A一灌液一关闭阀A一启动键K一全开阀B一调节阀A至合适流量。

停泵:关闭阀A一关闭阀B(若长期停泵可不关,以便放完管路中的液体)一按停止电键K

6.18分)不同类型的离心泵,其Q-H曲线的形状不同,有的较平(如图A线),有的较陡(图中B线),问:(1)当用离心泵来输送含有泥浆的液体,其部分泥浆会在管道内沉积,在此种情况下,宜选哪一类型Q-H线的离心泵才能避免流量发生过大的波动?(2)若用出口阀调节流量,对于哪一种形状的QH线离心泵较 为理想?

***答案***

1)选用QH线较陡的泵(即图中的B线),设曲线I为原来的管路特性曲线;曲线II为后来(阻力增大)的管路特性曲线,从图中可看出对A泵来说,工作点由M1变为M2对应的流量由Qm1 Q m2;对B泵来说

工作点由C1变到C2对应的流量由Qc1 Qc2两泵流量变化(皆变小)的幅度B即(Qm1- Q m2)<( Qc1- Q c2)2)对调节流量来说,A泵较好,而调节流量较为灵敏(变化幅度较大),由图中工作点变化可知。

四、计算题:

1.10分) 20的水由水池打至一敞口高位槽中,槽内的水面与水池内的水面的垂直距离为31.6m。管路总能量损失为50J/kg,流量为20m3/h,试求理论功率为多少kw

***答案***

Z1+u12/2P1+We=gZ2+u22/2P2/ρ+∑Wf

Z10Z231.6mP1P2,u1≈0,u2≈0 ∑Wf50/kg

e=gZ2∑Wf9.81×31.6503 60/kg

ms20/3600×10005.556kg/s; N=We ms360×5.5562000/s2kw

2.16分)如图所示输水系统。已知:管路总长度(包括所有局部阻力当量长度) 100m,从压力表至高位槽所有管长(包括所有局部阻力当量长度)为80m,管路摩擦系数λ=0.025,管子内径为0.05m,水的密度ρ=1000kg/m3,泵的效率为0.8,输水量为10m3/h,求:(1)泵轴功率N=?(2)压力表的读数为多少kgf/cm2

**答案***

⑴ N=Ne/η ,Ne=ms·We ,ms=10×1000/3600=2.778kg/s

We--泵对单位质量流体所做的有效功。

选取1-12-2截面,并以 1-1截面的基准面。在两截面间做能量衡算:

Z1+u12/2g+P1g+HeZ2+u22/2g+P2+∑hf

∵Z1=0 Z2=2+18=20m p1=p2=0 1≈0,u2≈0

We=g·Z2+Σhf Σhf=λ(ΣL/d)(u2/2)

u=(V/3600)/[(π/4)d2] =(10/3600)/(0.7852 ×0.052)=1.415m/s

Σhf=0.025×(100/0.05)(1.4152/2)=50.06J/kg; We=9.81×20+50.06=246.25J/kg

Ne=Ms·We=2.778×246.25=684J/s ; N=Ne/0.8=684/0.8=855W

再就3-32-2截面做能量衡算,并取3-3为基准面

gZ3+(p3/ρ)+(u32/2)=gZ2+(p2/ρ)+(u22/2)+hf

∵Z3=0 Z2=18 p2=0 u2=0

∴p3/ρ=gZ2+hf -(u32/2) =9.81×18+λ(l/d) (u32/2) -(u32/2)

=176.58+0.025(80/0.05)×(1.4152/2)-(1.4152/2)

=176.58+40.04-1.0=215.62J/kg ; P3=ρ×215.62=215620N/m2

P3=215620/(9.81×104)=2.198kgf/cm2 ()

3.18分)如图3B57离心泵将20℃的水由敞口水池送到一压力为2.5at的塔内,管径为φ108×4mm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56.5m3/h,水的粘度为1厘泊,密度为1000kg/m3,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=108-2×4=100mm=0.1m

A=(π/4)d2=3.14×(1/4)×0.12=0.785×10-2m2

l+Σle=100m Q=56.5m3/h

∴u=Q/A=56.5/(3600×0.785×10-2)=2m/s

μ=1cp=10-3Pa·S ρ=1000kg/m3 λ=0.024

⑴ ∵Re=duρ/μ=0.1×2×1000/10-3=2×105>4000;水在管内流动呈湍流

1-1面为水平基准面,1-12-2面间列柏努利方程:

Z1+u12/2g+P1g+HeZ2+u22/2g+P2+∑hf

∵Z1=0 u1=0 p1=0(表压) Z2=18m u2=0; P2/ρg=2.5×9.81×103/(1000×9.81)=25m

Σhf =λ[(l+Σle )/d](u2/2g) =0.024×(100/0.1)×[22/(2×9.81)]=4.9m;∴He=18+25+4.9=47.9m

Ne=HQρg=47.9×1000×9.81×56.5/3600=7.4kw

4.20分)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, 孔径为20mm,孔流系数为0.61。管路为φ57×3.5mm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)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/m3,水的粘度为1cp,摩擦系数近似为λ=0.3164/Re0.25U形管中指示液均为水银,其密度为13600kg/m3。当水的流量为6.86m3/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R1为多少? ⑶孔板流量计的U形管中指示液读数R2为多少?

***答案***

⑴ u=Vs/(0.785d2)=6.86/(0.785×0.052×3600)=0.971m/s

Re=0.05×0.971×1000/(1×10-3)=48550

λ=0.3164/Re0.25=0.1364/485500.25=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:

Z1g+p1/ρ+u12/2+We= Z2g+p2/ρ+u22/2+∑h(f 1 – 2)

W=Z2g +∑h(f 1 – 2)= Z2g +λ[(l+∑le )/d](u2/2)

=10×9.81+0.0213×(250/0.05)×(0.9712/2) =98.1+50.2=148.3J/kg

A点为2′-2′截面, 1-12′-2′截面间列柏努利方程式

Z1g+p1/ρ+u12/2+We= Z2′g+p2′/ρ+u22/2+∑h(f 1 – 2)

(p2′-p1)/ρ=(pA -pa )/ρ= We - Z2′g -(u2/2)-λ[(l+∑le )/d](u2/2)

=148.3-9.2×9.81-0.9712/2-0.0213(50/0.05)(0.9712/2)

=148.3-90.252-0.4714-10.04=47.53J/kg;pA -pa =47.5366×1000=47.53×103N/m2

R1=(pA -pa )/[g(ρo -ρ)] =47.53×103/[9.81×(13600-1000)]=0.3846m=38.46cm

根据Vs=CoAo[2gR2o -ρ)/ρ]; R2=(Vs/CoAo)ρ/[2g(ρo -ρ)]

式中: Co=0.61, Ao=0.785×0.022=3.14×10-4m2;Vs=6.86/3600m3/s,

R2={(6.86/3600)[(1/(0.61×3.14×10-4)}×1000/[2×9.81×(13600-1000)]=0.4m =40cm

5.12分)欲用离心泵将20℃水以30m3/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1mH2O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/m3

***答案*** 如图取1122截面,并以11截面为基准面,列柏努里方程得:

HΔZ∑h f( 1 – 2)181322m

∴N轴=QHρ/102η

(30/3600)×22×1000/(102×0.6)3kw

HgHsu2/2g-hf615m2m

∵HgHg安装高度合适。

615分)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,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φ60×3.5mm的钢管;(3)管路部份的压头损失∑hf19×u2/2g)mH2O,换热器B壳程的压力损失

ΔP73.6×u2/2g)kN.m-2;(式中,u为管内流体流速,m/sρ1000kg/m3

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。

本题目有题图:titu066.bmp

***答案***

选择计算截面1122面如题图所示;地平面为基准面。

uVs/A18/3600/(π/4)(0.06-2×0.003522.27m/s

Z1P1g+u12/2g+He Z2P2g+u22/2g+∑hf

P1P2 ;u10

He =(23-3)+(2.272/(2×9.81))19×2.272/(2×9.81)73.6×2.272/(2×9.81)×1000/(1000×9.81) 27.2mH2O

2B31型离心泵特性曲线图查得:Q18m3/h, He 31.5m(>27.2m

η62%,而ηm a x 65;65×90%=58.5%(<62%) 故此泵通用。

715分)如图所示输水系统,管长、管径(均以m) 和各局部阻力的阻力系数ζ均标于图中。直管部分的λ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时,要求泵提供的有效功率(以kw计)

***答案*** (a)u1=(d2/d12u20.64 u2;

Qu2 (π/4)d2×601.884 u2

u20.531Q u10.34Q

e 20 +(3+0.2+0.03×20/0.25) u12/2g + (2×0.2+0.5+1+0.03×260/0.2) u22/2g

20+0.286 u12+2.086 u22

20+0.0331Q+0.5882Q20 + 0.62Q

(b) Q15/600.25 m3/min

He 20+0.62×0.2520.04m

Ne QHe ρ/600.25×20.04×1000×9.81/60 819 w 0.819kw

7.20分)欲用离心泵在两敞口容器间输液, 该水泵铭牌标有:流量 39.6m3/h,扬程15m,轴功率2.02kw,效率80%,配用2.8kw电机,转数1400r/min 今欲在以下情况使用是否可以?如不可时采用什么措施才能满足要求(要用计算结果说明)(1)输送比重为1.8的溶液,流量为38m3/h,扬程15m, 2)输送比重为0.8的油类,流量为40m3/h,扬程30m, 3)输送比重为0.9的清液,流量为30m3/h,扬程15m

***答案***

1 电动机功率不够

N38/3600×15×1800/(102×0.8)3.5kW 换大电机

2 扬程不够

H/H' =(n/n'2 ; 15/30=(1400/' ' 1980

增加n=1980/分。检查功率: N/N' =(n/n'3

2.02/N' =(1400/19803 N' 5.72 kw

换一电机功率为5.72Kw,n=1980/分。

3)可以使用。通过关小出口阀调节至工作点。

8.(8)有一台离心泵,铭牌上标出允许吸上真空度Hs5m,用来输送20℃的清水,已知吸入管路的全部阻力损失为1.5mH2O,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 u2/2g-∑hf 51.5 3.5m

实际安装高度H≤3.5-0.5=3.0m

916分) 图示为n=960/分的离心通风机的特性曲线。如用此风机向锅炉输送空气,已知管路特性曲线方程为H=5Q2(H的单位为mmH2O, Q的单位m3/s)

问:(1)风机的送风量为多少m3/h?消耗的轴功率为多少kw?(2)若想使风量变为5.5m3/s ,你认为可采取什么措施?

***答案***

1)送风量Q及轴功率N

由管路特性曲线方程H=5Q2列表作图。

Q m3/s 0 2 3 3.5 4

H mmH2O 20 45 61.3 80

由两线交点读得:送风量Q=3.6 m3/s

风压H=64mmH2O

效率η=0.4

轴功率:N=QH/η=3.6×64×9.807/0.4×1000=5.65kW

(2)使风量变为5.5 m3/s,可采用提高转速的措施

∵Q2/Q1=n2/n1

∴n2=Q2/Q1 n2=5.5/3.6×960=1500rpm

即将转速提高到1500rpm

10如图所示的输水系统,已知管内径为d=50 mm,在阀门全开时输送系统的(lle=50 m,摩擦系数λ可取0.03, 泵的性能曲线在流量为6m3/h15m3/h范围内可用下式描述: H=18.920.82Q0.8, H为泵的扬程m, Q为泵的流量m3/h。问:

(1) 如要求输送量为10 m3/h, 单位质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(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)

解:1)在两水面间列伯努利方程:

11.用一台离心泵将20℃清水从敞口水池送入吸收塔顶部。己知:吸牧塔顶部的压力表读数为150kPa,输送管出口处比水池液面高12 m;输送管用76×3mm无缝钢管,管全长为45m (包括阀门等管件的当量长度),摩擦系数由下式确定:

0.012270.7543Re0.38

在流量为20 30m3/h范围内,所用离心泵的特征曲线可表征为:H30.80.82Q0.8

式中:H为泵的扬程,mQ为泵的流量,m3/h

试求:1)要求达到26m3/h的输水量,该泵能否完成此输送任务?计算说明之。

2)若单泵不能完成此输送任务,现将两台型号相同的泵串联起来操作是否可行?计算说明之。

“化工原理”第二章《流体输送机械》复习题

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