你的位置：首页 > IT圈 > 化工原理王志魁第五版习题解答:第二章流体输送机械

化工原理王志魁第五版习题解答:第二章流体输送机械

IT圈 admin 2024-05-09 62浏览 0评论

2024年5月9日发(作者：昂子墨)

第二章流体输送机械

离心泵特性

【2-3】某台离心泵在转速为1450r/min时，水的流量为18m

/h，扬程为20m(H

O)。试求：(1)泵

的有效功率，水的密度为1000kg/m

;(2)若将泵的转速调节到1250r/min时，泵的流量与扬程将变为多

少？

解(1)已知



H

水柱，





1000

q



gH



1000



9.81





981

3600

有效功率

(2)转速

转速

流量

1450r

/min

时流量



／h

，扬程

20m H

柱

1250r/min



1250

1815.5

1450

扬程







1250









20



14.9m H

柱

1450







管路特性曲线、工作点、等效率方程

【2-4】用离心泵将水由敞口低位槽送往密闭高位槽，高位槽中的气相表压为98.1kPa，两槽液位相差4m

且维持恒定。已知输送管路为



45mm×2.5mm，在泵出口阀门全开的情况下，整个输送系统的总长为20m（包

括所有局部阻力的当量长度），设流动进入阻力平方区，摩擦系数为0.02。在输送范围内该离心泵的特性方程

为

H





（

的单位为m

/s，H的单位为m）。水的密度可取为1000kg/m

。试求：（1）离心泵的工

作点；（2）若在阀门开度及管路其他条件不变的情况下，而改为输送密度为1200kg/m

的碱液，则离心泵的

工作点有何变化？

解

其中

（1）管路特性方程

HH

kq

Δp

98.1





Δz





=14





9.81







Σl

820



0.02



3.23



2525



3.14



9.810.04

H



3.23



故管路特性方程

离心泵特性方程

两式联立

H













3.23



得工作点下的流量与压头



3.89





，

H18.92m

（2）当改送密度为1200kg/m

的碱液时，泵特性方程不变，此时管路特性方程

Δp

98.1





Δz







12.3

1200



9.81



流动进入阻力平方区，且阀门开度不变，则k不变。因此管路特性方程变为

H

12.3



3.23



将该方程与泵特性方程联立







12.3



3.23



得新工作点下流量及压头



4.12





，

17.78m

【2-5】在一化工生产车间，要求用离心泵将冷却水由贮

器送到另一敞口高位槽，如习题2-5附图所示。

已知高位槽液面比贮水池液面高出10m，管内径为

总长（包括局部阻力的当量长度在内）为400m。流体流动处

区，摩擦系数为0.03。流体流经换热器的局部阻力系数为

离心泵在转速

n2900r/min

时的

Hq

特性曲线数据见

水池经换热

75mm，管路

于阻力平方



32

。

下表。

习题2-5a附图



1

H/m

0.001

25.5

0.002

24.5

0.003

0.004

0.005

18.5

0.006

15.5

0.007

0.008

8.5

试求：(1)管路特性方程；(2)工作点的流量与扬程；(3)若采用改变转速的方法，使第(2)问求得的

工作点流量调节到

3.510

3

／s

，应将转速调节到多少？（参看例2-3）。

解已知

d

0.075

ll



400





0.03,





HH

kq

(1)管路特性方程







10010































840032



0

035

0210



254





9



(

075

)(

075

)





H





(2)工作点的流量与扬程

管路特性曲线的

与H计算值如下



1

H/m

0.001

10.5

0.002

0.003

14.5

0.004

0.005

22.6

0.006

0.007

34.6

0.008

42.1

工作点流量



0.0045

，扬程



(3)将工作点流量从



0045

调节到



0035

，泵的转速应由

2900r/min

调节到多

少？

将



0.0035

代入管路特性方程，求得







(

0035

)



等效率方程

系数



HKq

1

3110

(

0035

)

H

1.31



得等效率方程

等效率方程的计算值如下

／



1

H/m

0.001

1.31

0.002

5.24

0.003

11.8

0.004

0.0045

26.5

从

n2900r/min

的泵特性曲线与等效率曲线的交点D，得到



004



习题2-5b附图

流量为



0.0035

时的转速为



0035

29002538

/min

004



29002538

10010012

2900

转速变化小于20%，效率基本不变。

【2-6】用离心泵将水从水池送至敞口高位槽，已知两容器的液位差为10m，输送管路的管径为φ

57×3.5mm，管长为100m（包括所有局部阻力的当量长度），设流动已进入阻力平方区，摩/擦系数为0.028。

该泵在转速为2900r/min时的特性方程为

H



3.42



。

试求：（1）该工况下的输水量；（2）转速降低10%时的输水量（

的单位为m

/s,H的单位为m）。

解（1）管道特性方程





















0.028

















100









3.14



9.810.05







7.14



泵的特性方程：





3.42



联立方程解得：



23.68

，

=0.0043

(2)

改变后



，



QnH





15.47

'''





则：









=30-3.42





























'5252

即：







3.42





24.3



3.42







与泵的特性方程联立：



19.78m



0.00363



13.1

离心泵的并联及串联

【2-8】（1）若习题2-5第2问修改为两台相同泵的并联操作，管路特性曲线不变，试求泵工作点

的流量与扬程；（2）若改为两台泵串联操作，管路特性曲线不变，试求泵工作点的流量与扬程。

解（1）习题2-8（1）附图中点A为工作点

此时：流量



0.0053

，扬程

H23.7m

水柱

（2）习题2-8（2）附图中点A为工作点，

此时：流量



0.0061

，扬程

H30.02m

水柱

习题2-8（1）附图

习题

2-8

（

）附图

离心泵的安装高度

【2-9】用型号为

IS6550125

的离心泵，将敞口水槽中的水送出，吸入管路的压头损失为

，

当地环境大气的绝对压力为98kPa。

试求：(1)水温20℃时泵的安装高度，(2)水温80℃时泵的安装高度。

解已知环境大气压力

98kPa

（绝压）

吸入管

H



(

)

，查得泵的汽蚀余量

Δh=2m

(1)20℃的水，饱和蒸气压



23.38

kPa

，密度



998

2kg

最大允许安装高度为



(

9823

)

10

允许

=





241



998

29

输送20℃水时，泵的安装高度



1.62

(2)80℃的水，饱和蒸气压



47.38

kPa

，密度



971

8kg

最大允许安装高度为



(

9847

)

10

允许

=





240



971

89

输送80℃水时，泵的安装高度



0.69

【2-10】用离心泵将密闭容器中的有机液体送出，容器内液面上方的绝压为85kPa。在操作温度下液体

的密度为850kg/m

，饱和蒸汽压为72.12kPa。吸入管路的压头损失为1.5m，所选泵的允许汽蚀余量为3.0m。

现拟将泵安装在液面以下2.5m处，问该泵能否正常操作？

解泵的最大允许安装高度



(

8572

)

10

允许

=





3

01

52



8509

而实际安装高度H

实

＝



2.5m

H

允

，说明此泵安装不当，泵不能正常操作，会发生汽蚀现象。为保证泵的正

常操作，泵应至少安装在液面下方3.5m或更低。

【2-11】用离心泵输送80℃热水，今提出如下两种方案（见习题2-11附图）。若两方案的管路

当量长度）相同，离心泵的汽蚀

种流程方案是否能完成输送任

压力为

101.33kPa

。

长度（包括局部阻力的

余量

h2m

。试问这两

务？为什么？环境大气

习题2-11附图

解水在80℃时饱和蒸气压



47.38

kPa

，密度



971

8kg

，汽蚀余量

h2m

，大气压力

101

33kPa

最大允许安装高度为



(

101

3347

)

10

允许

=





2



3

66





971

89

第(2)方案的安装高度



，大于

允许

，不能完成输送任务。

第(1)方案的安装高度



若

13

66H

．则

H

4.66m

水柱时可以用。

离心泵的选用

【2-12】用离心泵从江中取水送入贮水池内，池中水面高出江面20m，管路长度（包括局部阻力

的当量长度）为45m。水温为20℃，管壁相对粗糙度

适当管径；(2)试选择一台离心泵。

解20℃水的



998.2kg/m



1.00410

3

Pas



=0.001



=0.001

。要求输水量为

20～25m

。(1)试选择





最大流量



(1)管径d

从教材表1-3中选管路中水的流速

u2.5 m／s







3600



2

0

0595

59

选公称直径65mm的低压流体输送用焊接钢管

管径为



75.5mm3.75mm

，内径

d75.53.75268mm

最后计算流速







3600





(

068

)

1

此流速在表1-4中的

1.5～3.0m/s

范围内

(2)选离心泵

扬程









p0

u

0

Z20 m







0681

91998

1

2910

3

00410



查得



0.0218



(

)







0．02182

06829

扬程

H202.6822.68 m



998.2



9.81



22.68



1540

W

1.54

3600

有效功率

q



gH

设泵的效率



=0.65

轴功率



==2



选用离心泵

IS6550160

其流量范围为

15～30m

，扬程范围为

35～30m

，转速为

2900r/min

，轴功率为

2.65～3.71kW

，汽蚀

余量

h2～2.5m

。

【2-13】有一台离心泵的额定流量为16.8m

/h，扬程为18m。试问此泵是否能将密度为1060kg/m

，

流量为250L/min的液体，从敞口贮槽向上输送到表压为30kPa的设备中？敞口贮槽与高位设备的液

位垂直距离为8.5m。管路的管径为



75.5mm3.75mm

，管长为124m（包括直管长度与所有管件的当量

长度），摩擦系数为0.03。

解

流速

流量



250

/min



250





1000

1





3600





(

068

)











压头







3010

124

(

)

8

50

0315

液柱

10609

810

06829

流量与压头都略小于额定值，该泵可以用。

2024年5月9日发(作者：昂子墨)

第二章流体输送机械

离心泵特性

【2-3】某台离心泵在转速为1450r/min时，水的流量为18m

/h，扬程为20m(H

O)。试求：(1)泵

的有效功率，水的密度为1000kg/m

;(2)若将泵的转速调节到1250r/min时，泵的流量与扬程将变为多

少？

解(1)已知



H

水柱，





1000

q



gH



1000



9.81





981

3600

有效功率

(2)转速

转速

流量

1450r

/min

时流量



／h

，扬程

20m H

柱

1250r/min



1250

1815.5

1450

扬程







1250









20



14.9m H

柱

1450







管路特性曲线、工作点、等效率方程

【2-4】用离心泵将水由敞口低位槽送往密闭高位槽，高位槽中的气相表压为98.1kPa，两槽液位相差4m

且维持恒定。已知输送管路为



45mm×2.5mm，在泵出口阀门全开的情况下，整个输送系统的总长为20m（包

括所有局部阻力的当量长度），设流动进入阻力平方区，摩擦系数为0.02。在输送范围内该离心泵的特性方程

为

H





（

的单位为m

/s，H的单位为m）。水的密度可取为1000kg/m

。试求：（1）离心泵的工

作点；（2）若在阀门开度及管路其他条件不变的情况下，而改为输送密度为1200kg/m

的碱液，则离心泵的

工作点有何变化？

解

其中

（1）管路特性方程

HH

kq

Δp

98.1





Δz





=14





9.81







Σl

820



0.02



3.23



2525



3.14



9.810.04

H



3.23



故管路特性方程

离心泵特性方程

两式联立

H













3.23



得工作点下的流量与压头



3.89





，

H18.92m

（2）当改送密度为1200kg/m

的碱液时，泵特性方程不变，此时管路特性方程

Δp

98.1





Δz







12.3

1200



9.81



流动进入阻力平方区，且阀门开度不变，则k不变。因此管路特性方程变为

H

12.3



3.23



将该方程与泵特性方程联立







12.3



3.23



得新工作点下流量及压头



4.12





，

17.78m

【2-5】在一化工生产车间，要求用离心泵将冷却水由贮

器送到另一敞口高位槽，如习题2-5附图所示。

已知高位槽液面比贮水池液面高出10m，管内径为

总长（包括局部阻力的当量长度在内）为400m。流体流动处

区，摩擦系数为0.03。流体流经换热器的局部阻力系数为

离心泵在转速

n2900r/min

时的

Hq

特性曲线数据见

水池经换热

75mm，管路

于阻力平方



32

。

下表。

习题2-5a附图



1

H/m

0.001

25.5

0.002

24.5

0.003

0.004

0.005

18.5

0.006

15.5

0.007

0.008

8.5

试求：(1)管路特性方程；(2)工作点的流量与扬程；(3)若采用改变转速的方法，使第(2)问求得的

工作点流量调节到

3.510

3

／s

，应将转速调节到多少？（参看例2-3）。

解已知

d

0.075

ll



400





0.03,





HH

kq

(1)管路特性方程







10010































840032



0

035

0210



254





9



(

075

)(

075

)





H





(2)工作点的流量与扬程

管路特性曲线的

与H计算值如下



1

H/m

0.001

10.5

0.002

0.003

14.5

0.004

0.005

22.6

0.006

0.007

34.6

0.008

42.1

工作点流量



0.0045

，扬程



(3)将工作点流量从



0045

调节到



0035

，泵的转速应由

2900r/min

调节到多

少？

将



0.0035

代入管路特性方程，求得







(

0035

)



等效率方程

系数



HKq

1

3110

(

0035

)

H

1.31



得等效率方程

等效率方程的计算值如下

／



1

H/m

0.001

1.31

0.002

5.24

0.003

11.8

0.004

0.0045

26.5

从

n2900r/min

的泵特性曲线与等效率曲线的交点D，得到



004



习题2-5b附图

流量为



0.0035

时的转速为



0035

29002538

/min

004



29002538

10010012

2900

转速变化小于20%，效率基本不变。

【2-6】用离心泵将水从水池送至敞口高位槽，已知两容器的液位差为10m，输送管路的管径为φ

57×3.5mm，管长为100m（包括所有局部阻力的当量长度），设流动已进入阻力平方区，摩/擦系数为0.028。

该泵在转速为2900r/min时的特性方程为

H



3.42



。

试求：（1）该工况下的输水量；（2）转速降低10%时的输水量（

的单位为m

/s,H的单位为m）。

解（1）管道特性方程





















0.028

















100









3.14



9.810.05







7.14



泵的特性方程：





3.42



联立方程解得：



23.68

，

=0.0043

(2)

改变后



，



QnH





15.47

'''





则：









=30-3.42





























'5252

即：







3.42





24.3



3.42







与泵的特性方程联立：



19.78m



0.00363



13.1

离心泵的并联及串联

【2-8】（1）若习题2-5第2问修改为两台相同泵的并联操作，管路特性曲线不变，试求泵工作点

的流量与扬程；（2）若改为两台泵串联操作，管路特性曲线不变，试求泵工作点的流量与扬程。

解（1）习题2-8（1）附图中点A为工作点

此时：流量



0.0053

，扬程

H23.7m

水柱

（2）习题2-8（2）附图中点A为工作点，

此时：流量



0.0061

，扬程

H30.02m

水柱

习题2-8（1）附图

习题

2-8

（

）附图

离心泵的安装高度

【2-9】用型号为

IS6550125

的离心泵，将敞口水槽中的水送出，吸入管路的压头损失为

，

当地环境大气的绝对压力为98kPa。

试求：(1)水温20℃时泵的安装高度，(2)水温80℃时泵的安装高度。

解已知环境大气压力

98kPa

（绝压）

吸入管

H



(

)

，查得泵的汽蚀余量

Δh=2m

(1)20℃的水，饱和蒸气压



23.38

kPa

，密度



998

2kg

最大允许安装高度为



(

9823

)

10

允许

=





241



998

29

输送20℃水时，泵的安装高度



1.62

(2)80℃的水，饱和蒸气压



47.38

kPa

，密度



971

8kg

最大允许安装高度为



(

9847

)

10

允许

=





240



971

89

输送80℃水时，泵的安装高度



0.69

【2-10】用离心泵将密闭容器中的有机液体送出，容器内液面上方的绝压为85kPa。在操作温度下液体

的密度为850kg/m

，饱和蒸汽压为72.12kPa。吸入管路的压头损失为1.5m，所选泵的允许汽蚀余量为3.0m。

现拟将泵安装在液面以下2.5m处，问该泵能否正常操作？

解泵的最大允许安装高度



(

8572

)

10

允许

=





3

01

52



8509

而实际安装高度H

实

＝



2.5m

H

允

，说明此泵安装不当，泵不能正常操作，会发生汽蚀现象。为保证泵的正

常操作，泵应至少安装在液面下方3.5m或更低。

【2-11】用离心泵输送80℃热水，今提出如下两种方案（见习题2-11附图）。若两方案的管路

当量长度）相同，离心泵的汽蚀

种流程方案是否能完成输送任

压力为

101.33kPa

。

长度（包括局部阻力的

余量

h2m

。试问这两

务？为什么？环境大气

习题2-11附图

解水在80℃时饱和蒸气压



47.38

kPa

，密度



971

8kg

，汽蚀余量

h2m

，大气压力

101

33kPa

最大允许安装高度为



(

101

3347

)

10

允许

=





2



3

66





971

89

第(2)方案的安装高度



，大于

允许

，不能完成输送任务。

第(1)方案的安装高度



若

13

66H

．则

H

4.66m

水柱时可以用。

离心泵的选用

【2-12】用离心泵从江中取水送入贮水池内，池中水面高出江面20m，管路长度（包括局部阻力

的当量长度）为45m。水温为20℃，管壁相对粗糙度

适当管径；(2)试选择一台离心泵。

解20℃水的



998.2kg/m



1.00410

3

Pas



=0.001



=0.001

。要求输水量为

20～25m

。(1)试选择





最大流量



(1)管径d

从教材表1-3中选管路中水的流速

u2.5 m／s







3600



2

0

0595

59

选公称直径65mm的低压流体输送用焊接钢管

管径为



75.5mm3.75mm

，内径

d75.53.75268mm

最后计算流速







3600





(

068

)

1

此流速在表1-4中的

1.5～3.0m/s

范围内

(2)选离心泵

扬程









p0

u

0

Z20 m







0681

91998

1

2910

3

00410



查得



0.0218



(

)







0．02182

06829

扬程

H202.6822.68 m



998.2



9.81



22.68



1540

W

1.54

3600

有效功率

q



gH

设泵的效率



=0.65

轴功率



==2



选用离心泵

IS6550160

其流量范围为

15～30m

，扬程范围为

35～30m

，转速为

2900r/min

，轴功率为

2.65～3.71kW

，汽蚀

余量

h2～2.5m

。

【2-13】有一台离心泵的额定流量为16.8m

/h，扬程为18m。试问此泵是否能将密度为1060kg/m

，

流量为250L/min的液体，从敞口贮槽向上输送到表压为30kPa的设备中？敞口贮槽与高位设备的液

位垂直距离为8.5m。管路的管径为



75.5mm3.75mm

，管长为124m（包括直管长度与所有管件的当量

长度），摩擦系数为0.03。

解

流速

流量



250

/min



250





1000

1





3600





(

068

)











压头







3010

124

(

)

8

50

0315

液柱

10609

810

06829

流量与压头都略小于额定值，该泵可以用。