1、化工原理典型例題題解第2章 流體輸送機械例1 離心泵的工作點 用某一離心泵將一貯罐里的料液送至某高位槽 ，現由于某種原因，貯罐中料液液面升高，若其它管路特性不變，則此時流量將（ ）。A 增大 B 減少 C不變 D 不確定例 2 附圖 例2 附圖解：該題實際上是分析泵的工作點的變動情況。工作點是泵特性曲線與管路特性曲線的交點，其中任何一條特性曲線發生變化，均會引起工作點的變動，現泵及其轉速不變，故泵的特性曲線不變。將管路的特性曲線方程式列出現貯槽液面升高，增加，故管路特性曲線方程式中的截距項數值減小，管路特性曲線的二次項系數不變。由曲線1變為曲線2，則工作點由A點變動至B點。故管路中的流量增大，

2、因此答案A正確。例2 離心泵壓頭的定義離心泵的壓頭是指（ ）。 A 流體的升舉高度； B 液體動能的增加； C 液體靜壓能的增加； D 單位液體獲得的機械能。解：根據實際流體的機械能衡算式 He=(Z2-Z1)+(P2-P1)+(u22-u12)/2g+Hf離心泵的壓頭可以表現為液體升舉一定的高度(Z2-Z1)，增加一定的靜壓能(P2-P1)/(g)，增加一定的動能(u22-u12)/(2g)以及用于克服流體流動過程中產生的壓頭損失Hf等形式，但本質上離心泵的壓頭是施加給單位液體（單位牛頓流體）的機械能量J(J/N=m).故答案D正確。例3離心泵的安裝高度Hg與所輸送流體流量、溫度之間的關系分

3、析離心泵的安裝高度Hg與所輸送流體流量、溫度之間的關系。解：根據離心泵的必需汽蝕余量(NPSH)r，計算泵的最大允許安裝高度的計算公式為 (1)首先分析離心泵的必需汽蝕余量(NPSH)r的定義過程。在泵內剛發生汽蝕的臨界條件下，泵入口處液體的靜壓能和動能之和(P1,min/g+u12/2g)比液體汽化的勢能(Pv/g)多余的能量(uk2/2g+Hf(1-k)稱為離心泵的臨界汽蝕余量，以符號(NPSH)C表示，即 (2) 由（2）式右端看出，流體流量增加，（NPSH）C增加，即必須的汽蝕余量(NPSH)r增加。由（1）式可知，液體流量增加，泵的最大允許安裝高度應減少。根據(NPSH)C的定義可知

4、，當流量一定而且流動狀態已進入阻力平方區時(uk2/2g+Hf(1-k)，均為確定值)，(NPSH)C只與泵的結構尺寸有關，故汽蝕余量是泵的特性參數，與所輸送流體的蒸汽壓PV無關。由（1）式可知，若流體溫度升高，則其PV值增加，從而應減小。例4 離心泵的組合使用 現需用兩臺相同的離心泵將河水送入一密閉的高位槽，高位槽液面上方壓強為1.5atm（表壓強），高位槽液面與河水水面之間的垂直高度為10m，已知整個管路長度為50m（包括全部局部阻力的當量長度），管徑均為50mm，直管阻力摩擦系數=0.025。單泵的特性曲線方程式為（式中He的單位為m；qv 的單位為m3/s）。通過計算比較該兩臺泵如何組

5、合所輸送的水總流量更大。解：泵的組合形式分為串聯和并聯，由此單泵的特性曲線方程寫出串聯泵和并聯泵的特性曲線方程 （1） （2）自河水水面至密閉高位槽液面列出管路特性曲線方程 將有關數據代入整理得： （3）若采用串聯，聯立方程（1）（3）得若采用并聯，聯立方程（2）（3）得可見，對于該管路應采用串聯，說明該管路屬于高阻管路。為了充分發揮組合泵能夠增加流量，增加壓頭的作用，對于低阻管路，并聯優于串聯；對于高阻管路，串聯優于并聯。例5 分支管路如何確定泵的有效壓頭和功率用同一臺離心泵由水池A向高位槽和供水，高位槽和的水面高出水池水面分別為B25m,Zc=20m。當閥門處于某一開度時，向槽和槽的供水量

6、恰好相等，即BC4。管段長度，管徑及管內摩擦阻力系數如下：管段 管長（包括le）,m 管徑,mm 摩擦系數 ED 100 75 0.025DF 50 50 0.025DG 50(不包栝閥門) 50 0.025求（1）泵的壓頭與理論功率；（）支管中閥門的局部阻力系數。例 5 附圖解：（）該問題為操作型問題，忽略三通處的能量損失，自截面至截面列出機械能衡算式為He=ZB+ 自截面至截面列出機械能衡算式為 He=Zc+ 按照式和式所求出的泵提供給單位流體的能量即壓頭是同一數值。因為支管中閥門的阻力系數是未知數，故按式求泵的壓頭。首先計算出流速u1,u2,u3u1=1.8 (m/s)u2=2.0 (m

7、/s)u3=2.0 (m/s)將已知數據代入式He=25+=35.6（m）理論功率 Ne=HeVg=35.6=2793.9 (W) 由、式可得所以 （ZB+-Zc-）將已知數據代入 （25-20）=24.5例6 離心泵工作點的確定用離心泵敞口水池中的水送往一敞口高位槽，高位槽液面高出水池液面5m，管徑為50mm。當泵出口管路中閥門全開（）時，泵入口管中真空表讀數為52.6Kpa，泵出口管中壓力表讀數為155.9Kpa。已知該泵的特性曲線方程 式中：He的單位為m；qv的單位為m3/s。試求：閥門全開時泵的有效功率；當閥們關小時，其他條件不變，流動狀態均處在阻力平方區，則泵的流量為多少？解：忽略

8、出口管壓力表接口與入口管真空表接口垂直高度差，自真空表接口管截面至壓力表接口管截面列機械能衡算式，并且忽略此間入口管與出口管管段的流體阻力損失。=21.3（m）將He=21.3m代入泵的特性曲線方程式，求取qvqv= = (m3/s)管內流速 u=1.78 (m/s)有效功率 Ne=Heqvg =21.30.3510-29.81 =731.3（w） 閥門全開時，列出管路特性曲線方程式He=將已知數據代入 21.3=解此式得 =5.03當閥門關小（）時，再列出管路的特性曲線方程式，并將已知數值代入 He=整理，得 泵特性曲線方程 聯立兩式，解得 qv=0.2710-2 (m3/s)可見，管路中閥

9、門關小，使得流量減小了。例7某冬季取暖管線由某一型號的離心泵，加熱器，散熱器組成（如圖），管路內循環水量為95m3/h。已知散熱器的局部阻力系數為20 ，從散熱器出口至泵入口之間管線長lBC=10m（包括當量長度），管內徑為100mm，摩擦系數為0.03。離心泵位于散熱器入口A處以下1m，散熱器出口水溫40。在散熱器入口A處連接一高位水箱作為調節水箱。為了保證離心泵不發生汽蝕現象，求水箱的安裝高度H應為多少？該離心泵在輸送流量下的允許汽蝕余量(NPSH)r=5.0m，40水的飽和蒸汽壓為7.38103Pa。散熱器加熱器 例7 附圖解：因高位水箱起控制A點壓強和補充水的作用，故由高位水箱至A處管

10、內流速很小，故A處的壓強可以表示為 PA=Pa+Hg （1）自液面A至泵入口B的垂直高度0.1m即為泵的安裝高度 （2）計算管內流速 u=3.4 （m/s）=13.55m （3）將所有已知的數據代入（2）式中，得 解得 再由（1）式解得 H=9.37 （m）例8離心泵將真空鍋中20的水通過直徑為100mm的管路，送往敞口高位槽，兩液面位差10m，真空鍋上真空表讀數為P1=600mmHg，泵進口管上真空表讀數P2=294mmHg。在出口管路上裝有一孔板流量計，孔板直徑d0=70mm，孔流系數為C0=0.7,U形壓差計讀數R=170mm（指示液為水銀，=13600Kg/m3）。已知管路全部阻力損失為44J/Kg，泵入口管段能量損失與動能之和為5J/Kg。當地大氣壓為0.95105N/m2。求：水在管路中的流速；泵出口處壓力表讀數P3；若該泵的允許汽蝕余量為(NPSH)r=4.0m,泵能否正常運轉？真空鍋 例8 附圖解：水在孔板孔徑處的流速為u0u0=4.5 (m/s)