化工原理分章试题与解答_第二章

第二章

一：概念题

1、属于正位移泵型式，除往复泵外还有，，等型式。 答：计量泵、螺杆泵、齿轮泵

2、产生离心泵气缚现象的原因是，防止产生气缚的方法有。

答：泵灌入空气，液体密度降低；在泵密封严密的情况下，灌泵排出空气 3、造成离心泵气蚀的原因是，增加离心泵允许安装高度Hg的措施是和。 答：叶轮附近某处的最低压强小于等于被输送液体在输送温度下的饱和蒸汽压 增大吸入管路的管径，减少不必要的管件和阀门。

4、用同一离心泵分别输送密度为ρ1及ρ2=1.2ρ1的两种液体，两者的体积V相等，那么 He2He1，Ne2Ne1。 答：He2He1,Ne21.2Ne1

5、离心通风机输送ρ=1.2kg/m3空气时，流量为6000m3/h，全风压为240mmH2O，假设用来输送ρ＇=1.4kg/m3的气体，流量仍为6000m3/h，全风压为mmH2O 。

HtHta1.2解：

2401.4280mmH2O1.2

6、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，真空表读数，压力表读数。

解：出口，下降，上升。

在贮槽液面1-1与泵的真空表所在截面2-2间列伯努利方程

222u1p1u2p2l12u2gZ1gZ222d2

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2u2lgZ2(1)d2

p1p2p1p2关小出口阀门，u2下降，

下降，即真空表读数下降。

同理，在压力表所在截面3-3与贮槽液面1-1间列伯努利方程。

222u3p3u0p0l30u0gZ3gZ022d2

p3p02u2lgZ3(1)d2

p3p0关小出口阀门，λ增大，

上升，即压力表读数上升。

7、两敞口容器间用离心泵输水，转速为n1时，泵流量Q1=100l/s，扬程H1=16m，

转速为n2时，Q2=120l/s，H2=20m。那么两容器垂直距离= m。

2HeKBQ解：代入数据得：

16KB0.12

20KB0.122

解得：B909.1,K6.91

KZpp6.91,0Z6.91mgg

8、假设离心泵入口处真空表读数为700mmHg。当地大气压为101.33kPa。那么输送42℃水时〔饱和蒸汽压为8.2kPa〕泵发生汽蚀现象。 答：会

9、用离心泵向高压容器输送液体，现将高压容器的压强降低，其它条件不变，那么该泵输送液体的流量，轴功率。

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答：加大，加大

HeKBQ2ZpBQ2g

管路的特性方程为：

高压容器的压强降低，p下降，K降低，所以改变前后的操作点如图：

所以流量加大。又根据泵的特性曲线知，当流量加大时，泵的轴功率增加。 10．用离心泵将水池中水送至常压水塔，假设在离心泵正常操作围，将出口阀开大，那么流量qV，扬程He，管路总阻力损失Hf，轴功率P〔变大、变小、不变、不确定〕。

答：变大，变小，不变，变大

11．图示管路用泵将江水送上敞口容器。假设在送水过程中江水水位上升，流量〔变大、变小〕。现欲维持原流量不变，那么出口阀应作如何调节？。试比拟调节前后泵的扬程〔变大、变小、不变〕。 答：变大，关小出口阀，变大 在江水水面和容器液面间列伯努利方程

2u0pau12pagZ0WegZ1Hf2g2gHfWegZ

江水液面上升，Z下降，那么流量变大。

由于泵的特性曲线中，扬程随泵的流量的增加而减小，故调节后泵的扬程大于调节前。

12．图示管路，泵在输送密度为的液体时，流量为qV，现假设改为输送密度

。试比拟： 为液体，〔〕，那么流量为qV3 / 13

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qV，HeHe，PePe〔＞，＜，＝〕1〕p2p1时，qV； qV，HeHe，PePe〔＞，＜，＝〕2〕p2p1时，qV。 答：1〕大于，小于，大于 2〕等于，等于，小于

在两容器液面间列伯努利方程

2u0p1u12p2gZ0WegZ1Hf2g2gpp2HfWe1gZg

p2p1时，，Hf变大，故流量变大； 由泵的特性曲线知，扬程变小，轴功率变大。

p2p1时，，Hf不变，故流量不变，

由泵的特性曲线知，扬程不变，轴功率NeHQg，变小。

13．如下图循环管路，离心泵输送密度为850kg/m的某有机液体，试问： 1〕假设池中液面上升，那么：

流量qV，扬程He，真空表读数p1，压力表读数p2； 2〕假设离心泵输送的液体为水，那么：

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3 .

流量qV，扬程He，真空表读数p1，压力表读数p2；

3〕假设将泵的转速提高，那么离心泵的流量qV，扬程He，效率〔变大、变小、不变、不确定〕

答：1〕不变，不变，变小，变大

2〕不变，不变，变大，变大，变大。 3〕变大，变大，不变

1〕池水面上升，泵的特性曲线与管路的特性曲线均未变化，故工作点的位置不变，所以，流量及扬程不变。

在池面与真空表所在截面1-1之间列伯努利方程，得：

pau12p1Z1Hf,01g2gg

lleu12pap1Z1()d2g 真空表读数为：g流速u不变，Z1变小，故真空表读数变小。

同理，在压力表所在截面2-2与池面间列伯努利方程得

2pu2pZ22aHf,202ggg

2l20lep2pau2(1)Z2d2g压力表读数：g

流速u不变，Z2变小，压力表读数变大。

同时，由于水的密度大于有机液体的密度，故真空表读数和压力表读数均变大。

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3〕泵的转速提高，那么离心泵的特性曲线变化，流量变大，扬程变大，效率不变。

2〕假设输送的液体变为水，管路的特性曲线及泵的特性曲线均不变，故泵的工作点的位置不变，流量及扬程不变。

由于水的密度大于有机液体的密度，所以轴功率变大

14．离心泵输送管路，单泵操作时流量为qV，扬程为He。现另有一台型号一样

，扬程为He，将泵并的泵，在管路状态不变条件下，将泵串联时输送流量为qV，扬程为He，那么： 联时输送流量为qVqV，He2He；qV2qV，HeHe A)qVqV，HeHe；qVqV，HeHe B)qV2qV，HeHe；qVqV，He2He C)qVD〕视管路状态而定； 答：B

15．试按下表讨论离心泵与往复泵的使用、调节和操作三方面有何不同。

压头 流量 改变管路 流量调节 改变泵 启动 改变转速 出口阀关闭 改变活塞频率与行程 阀门开启 离心泵 由泵与管路共同决定 由泵与管路共同决定 阀门调节 往复泵 由管路决定 由泵决定 支路调节 6 / 13

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一、 问答题

1．采用离心泵从地下贮槽中抽送原料液体，原本操作正常的离心泵本身完好，但无法泵送液体，试分析导致故障的可能原因有哪些？

答：可能的原因：〔1〕槽液面下降；〔2〕吸入管堵塞；〔3〕液体温度上升；〔4〕容器压强下降；〔5〕入口侧漏气。

2．离心泵的特性曲线H－Q与管路的特性曲线He－Qe有何不同？二者的交点意味着什么？

答：将离心泵的根本性能参数之间的关系描绘成图线称为离心泵的特性曲线。这里讨论的是其中的一条H－Q曲线。它说明转速一定时，离心泵的流量和该流量下泵的能提供的压头即做功本领之间的对应关系。该曲线由生产厂家测定并提供，是泵本身固有的特性，它只与泵自身的结构〔如叶片弯曲情况、叶轮直径等〕、转速有关，而与其所在的管路及其他外界条件无关。所以离心泵的特性曲线图只须注明型号、转速即可。

二者的交点M称为泵在该管路上的工作点。意味着它所对应的流量和压头，既能满足管路系统的要求，又能为离心泵所提供，即QQe，HHe。换言之，M点反映了某离心泵与某一特定管路相连接时的运转情况。离心泵只能在这一点工作。

3、如图，假设泵不在M点工作，而在A、B点工作时，会发生什么情况？

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答：假设泵工作不在M点工作，而在A点工作时，在A点所对应的流量QA下，

''HHHA管路所需要的压头为，而该流量下泵所提供的压头为A。AHA，说明

液体的压头〔泵给予单位重量流体的有效能量〕有富裕，此富裕压头将促使液体加大流速，流量由QA变到QM，即在M点到达平衡。

反之，如果泵在B点工作，那么在QB流量下泵所产生的压头HB小于液体通

'HH过该管路时所需要的压头B，即B'只能靠减少流速在M点到达平衡，届时流量从QB减至QM。 三、计算题

1．用离心泵向密闭高位槽送料，流程如下图。在特定转速下，泵的特性方程为：

H427.56104Q2〔Q的单位为m3/s〕

3当水在管的流量Q0.01m/s时，流动进入阻力平方区。

kg/m的水溶液〔其它性质和水相近〕时，密闭容器维现改送密度1200持表压118kPa不变，试求输送溶液时的流量和有效功率。

解：此题条件下，泵的特性方程和特性曲线不变，而当流动在阻力平方区时，管

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3 .

路特性方程中的比例系数B值保持恒定，在维持密闭高位槽表压不变的情况下，随被输送液体密度加大，管路特性方程中的K〔=Zp/g〕值变小，因而管路特性曲线向下平移，从而导致泵的工作点向流量加大方向移动。

输送清水时，管路特性方程为：

2HeZp/gBQe

将有关数据代入上式得：

11810322He12BQe24BQe10009.807

此式与泵的特性方程联解以确定B值：

427.56104(0.01)224B(0.01)2 解得：

当输送溶液时，B值不变，管路特性方程变为：

11810312)2He1.044105(Qe12009.807

)2 221.044105(Qe此方程与泵的特性方程联解，便可求出改送溶液时的流量，即：

)2 427.56104(Q)2221.044105(Qe3Q0.01054m/s 解得：

42所以：H427.56100.0105433.6m

泵的有效功率为：

NeHQ/10233.60.010541200/1024.17kW

由上面的计算可知，当泵上下游两容器的压强差不为零时，被输送液体密度

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的变化必引起管路特性曲线的改变，从而导致泵工作点的移动。在此题条件下，密度加大，使泵的流量加大，压头下降，功率上升。

2．用离心泵将池水送至灌溉渠，起始两液面位差为10m，管路系统的压头损失可表示为Hf=0.6×106Qe2〔Qe的单位为m3/s〕；在特定转速下泵的特性方程为：H=26-0.4×106Q2〔Q的单位为m3/s〕。池面的面积为100m2，试求： 1〕．假设两液面恒定，那么水的流量为假设干m3/h？

2〕．假设灌溉渠液面恒定，而池液面不断下降，那么液面下降2m，所需的时间为假设干h？

解：当两液面恒定时，流动为定态，此时只要联立管路特性方程与泵的特性方程便可求得流量；当池液面不断下降时为非定态流动，需通过微分物料衡算和瞬间柏努利方程求解所需时间。 1．两液面恒定的流量

在池面与渠面之间列伯努利方程式可得到管路特性方程为：

2He100.6106Qe

泵的特性方程为：

H260.4106Q2 联解两方程，解得流量为：

Q4103m3/s14.4m3/h 2．液面下降2m所需的时间

设输送开场后的某一时刻，池液面下降hm，流量为Qm3/s。在dθs时间，液面下降dhm，那么物料衡算式为：

100dhQd

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或d100dh/Q

在θ时刻，管路特性方程为：

2He(10h)0.6106Qe

泵的特性方程仍保持不变，即：

H260.4106Q2

在泵的工作点处

260.4106Q210h0.6106Q2

Q(16h)1/2/103

d105dh/(16h)1/2

令x16h，那么：dhdx

当h0时，x116；当h2时，x114

x2105x1x1/2dx2105x161451760s14.35h

3．某管路安装一台IS80-50-200型水泵，将水池中的水送至高度为10m、表压为9.81×104Pa的密闭容器，管流量为16.7×10-3m3/s。试求

1〕管路特性曲线〔假定管流动已进入阻力平方区〕及输送每千克水消耗的能量。

2〕假设将阀门关小，使管流量减小25%，管路特性曲线〔假定管流动位于阻力平方区〕有何变化？此时输送每千克水需消耗多少能量？与原管路相比，在此流量下输送每千克水额外消耗的理为多少？

〔：当Qv=16.7×10-3m3/s，泵的压头为He=47m，泵的效率为71%：当Qv=12.5×10-3m3/s，泵的压头为He=51.4m；泵的效率为66.3%〕

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解：当Qv=16.7×10-3m3/s，泵的压头为He=47m； 那么管路的特性方程的系数B可求出。

2HeKBQeZp2BQeg

9.8110410B(1.67103)24710009.81

B9.68104

42H209.6810Qe 管路的特性方程为：e在此流量下，输送每千克水所消耗的能量为：

WgHe9.8147690.8J/kg0.71

〔2〕关小阀门后管路的流量为：

16.7103(10.25)12.5103m3/s Qe那么关小阀门后管路特性曲线方程的系数为

BKHe51.4202.01105232Qe(12.510)

52H202.0110Qee管路特性曲线方程为：

此时，输送每千克水所消耗的能量为：

W9.8151.4gHe760.5J/kg0.663

33Q12.510m/s的水量，所需的压头为： 对于原管路，输送eHe209.68104(12.5103)235.1m 因阀门关小，输送每千克水多消耗的理为：

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He)9.8151.435.1159.9J/kg g(He此局部能量全部消耗于阀门的局部阻力上。

由此可以看出，用阀门调节流量的代价是能耗的增加。导致能耗增加的原因有二：其一是阀门局部阻力损失的增加，其二是泵效率的降低。

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