南京理工大学：《化工原理》例题与习题

×10Pa,pB=-143×10Pa。试估计管路中油的流量。已知管路尺寸为φ89×4mm的无缝钢 管。A、B两点间的长度为40m,有6个90°弯头,油的密度为820kg/m3,粘度为012lPas 30.欲将500kg/h的煤气输送100km,管内径为300mm,管路末端压强为147×10Pa (绝压),试求管路起点需要多大的压强? 设整个管路中煤气的温度为20℃,4为0.016,标准状态下煤气的密度为0.85kgm23 31一酸贮槽通过管路向其下方的反应器送酸,槽内液面在管出口以上25m。管路由φ 38×2.5mm无缝钢管组成,全长(包括管件的当量长度)为25m。由于使用已久,粗糙度 应取为0.15mm。贮槽及反应器均为大气压。求每分钟可送酸多少m3?酸的密度p=1650 kgm3,粘度μ=0.012Pa·s。(提示:用试差法时可先设A=0.04)。 32.水位恒定的高位槽从C、D两支管同时放水。AB段管长6m,内径4mm。BC段 长15m,内径25mm。BD长24m,内径25mm。上述管长均包括阀门及其它局部阻力的当 量长度,但不包括出口动能项,分支点B的能量损失可忽略。试求 (1)D、C两支管的流量及水槽的总排水量: (2)当D阀关闭,求水槽由C支管流出的水量。设全部管路的摩擦系数λ均可取0.03 且不变化,出口损失应另行考虑。 33.用内径为300mm的钢管输送20℃的水,为了测量管内水的流量,采用了如图所示 的安排。在2m长的一段主管路上并联了一根直径为中60×3.5mm的支管,其总长与所有局 部阻力的当量长度之和为10m。支管上装有转子流量计,由流量计上的读数知支管内水的流 量为2η2mh。试求水在主管路中的流量及总流量。设主管路的摩擦系数λ为0.018,支管 路的摩擦系数λ为0.03 月 习题32附图 习题33附图

×106Pa，pB=1.43×106Pa。试估计管路中油的流量。已知管路尺寸为φ89×4mm 的无缝钢 管。A、B 两点间的长度为 40m，有 6 个 90°弯头，油的密度为 820 kg/m3，粘度为 0.121 Pa·s。 30．欲将 5000kg/h 的煤气输送 100km，管内径为 300mm，管路末端压强为 14.7×104Pa （绝压），试求管路起点需要多大的压强？ 设整个管路中煤气的温度为 20℃，λ为 0.016，标准状态下煤气的密度为 0.85kg/m3。 31.一酸贮槽通过管路向其下方的反应器送酸，槽内液面在管出口以上 2.5m。管路由φ 38×2.5mm 无缝钢管组成，全长（包括管件的当量长度）为 25m。由于使用已久，粗糙度 应取为 0.15mm。贮槽及反应器均为大气压。求每分钟可送酸多少 m3？酸的密度ρ=1650 kg/m3，粘度μ=0.012Pa·s。（提示：用试差法时可先设λ=0.04）。 32．水位恒定的高位槽从 C、D 两支管同时放水。AB 段管长 6m，内径 41mm。BC 段 长 15m，内径 25mm。BD 长 24m，内径 25mm。上述管长均包括阀门及其它局部阻力的当 量长度，但不包括出口动能项，分支点 B 的能量损失可忽略。试求： （1）D、C 两支管的流量及水槽的总排水量； （2）当 D 阀关闭，求水槽由 C 支管流出的水量。设全部管路的摩擦系数λ均可取 0.03， 且不变化，出口损失应另行考虑。 33．用内径为 300mm 的钢管输送 20℃的水，为了测量管内水的流量，采用了如图所示 的安排。在 2m 长的一段主管路上并联了一根直径为φ60×3.5mm 的支管，其总长与所有局 部阻力的当量长度之和为 10m。支管上装有转子流量计，由流量计上的读数知支管内水的流 量为 2.72m3 /h。试求水在主管路中的流量及总流量。设主管路的摩擦系数λ为 0.018，支管 路的摩擦系数λ为 0.03

第二章流体输送设备 【例2-1】高心泵特性曲线的测定 附图为测定离心泵特性曲线的实验装置,实验中已测出如下一组数据: 泵进口处真空表读数p1=2.67×10Pa(真空度) 泵出口处压强表读数p2=2.5×10Pa(表压) 泵的流量Q=12.5×107m3/s 功率表测得电动机所消耗功率为62kW 吸入管直径d1=80mm 压出管直径d2=60mm 两测压点间垂直距离Z2-Z1=0.5m 泵由电动机直接带动,传动效率可视为1,电动机的效率为093 实验介质为20℃的清水 试计算在此流量下泵的压头H、轴功率N和效率n 解:(1)泵的压头在真空表及压强表所在截面1-1与2-2间列柏努利方程: 2+B+5+H=乙+P+互 2g+h 式中Z2-Z1=0.5m p=-2.67×10Pa(表压) P2=2.55×10Pa(表压) 4Q4×12.5×10-3 =2.49m/s 404×125×10 l2x×(0.06) 两测压口间的管路很短,其间阻力损失可忽略不计,故 H=05+2.55×10+267×10(442)2-(249 附图 1000×981 2×981 1一流量计;2-压强表; =2988mH2O 3一真空计;4离心泵;5-贮槽。 (2)泵的轴功率功率表测得功率为电动机的输入 功率,电动机本身消耗一部分功率,其效率为0.93,于是电动机的输出功率(等于泵的轴功 率)为 N=6.2×0.93=5.77kW (3)泵的效率 N。QHg_12.5×103×2988×1000×981 n 3.66 5.77 在实验中,如果改变出口阀门的开度,测出不同流量下的有关数据,计算出相应的H

第二章 流体输送设备 【例 2－1】 离心泵特性曲线的测定 附图为测定离心泵特性曲线的实验装置，实验中已测出如下一组数据： 泵进口处真空表读数 p1=2.67×104Pa(真空度) 泵出口处压强表读数 p2=2.55×105Pa(表压) 泵的流量 Q=12.5×10－3m3 /s 功率表测得电动机所消耗功率为 6.2kW 吸入管直径 d1=80mm 压出管直径 d2=60mm 两测压点间垂直距离 Z2－Z1=0.5m 泵由电动机直接带动，传动效率可视为 1，电动机的效率为 0.93 实验介质为 20℃的清水 试计算在此流量下泵的压头 H、轴功率 N 和效率η。 解：（1）泵的压头 在真空表及压强表所在截面 1－1 与 2－2 间列柏努利方程： + + + H = g u g p Z 2 2 1 1 1  H f g u g p Z + + + 2 2 2 2 2  式中 Z2－Z1=0.5m p1=－2.67×104Pa（表压） p2=2.55×105Pa（表压） u1= ( ) 2.49m/s 0.08 4 4 12.5 10 2 3 2 1 =    = − d  Q u2= ( ) 4.42m/s 0.06 4 4 12.5 10 2 3 2 2 =    = − d  Q 两测压口间的管路很短，其间阻力损失可忽略不计，故 H=0.5+ ( ) ( ) 2 9.81 4.42 2.49 1000 9.81 2.55 10 2.67 10 5 4 2 2  − +   +  =29.88mH2O （2）泵的轴功率 功率表测得功率为电动机的输入 功率，电动机本身消耗一部分功率，其效率为 0.93，于是电动机的输出功率（等于泵的轴功 率）为： N=6.2×0.93=5.77kW （3）泵的效率 = = = N QH g N Ne   5.77 1000 12.5 10 29.88 1000 9.81 3      − = 0.63 5.77 3.66 = 在实验中，如果改变出口阀门的开度，测出不同流量下的有关数据，计算出相应的 H

N和n值,并将这些数据绘于坐标纸上,即得该泵在固定转速下的特性曲线。 【例2-2】将20℃的清水从贮水池送至水塔,已知塔内水面高于贮水池水面13m。水塔及 贮水池水面恒定不变,且均与大气相通。输水管为φ140×4.5mm的钢管,总长为200m(包 括局部阻力的当量长度)。现拟选用4B20型水泵,当转速为2900r/min时,其特性曲线见附 图,试分别求泵在运转时的流量、轴功率及效率。摩擦系数λ可按0.02计算。 解:求泵运转时的流量、轴功率及效率,实际上是求泵的工作点。即应先根据本题的管 路特性在附图上标绘出管路特性曲线 (1)管路特性曲线方程 在贮水池水面与水塔水面间列柏努利方 程 H.=△z+ g 式中4z=13m4p=0 由于离心泵特性曲线中Q的单位为Ls 4208642 故输送流量Q的单位也为Ls,输送管内流 速为 Q =0.0742Q zd2×1000100×2×(0131 例22附图 0.0 (00742Q)2 =000857Q2 本题的管路特性方程为: H=13+0.008570 2)标绘管路特性曲线 根据管路特性方程,可计算不同流量所需的压头值,现将计算结果列表如下: OL·s-1 13 13.1413.5514.23 15.2 17.9419.72 由上表数据可在4B20型水泵的特性曲线图上标绘出管路特性曲线H2-Q (3)流量、轴功率及效率附图中泵的特性曲线与管路特性曲线的交点就是泵的工 作点,从图中点M读得: 泵的流量 O=27Ls=972m3/h 泵的轴功率N=66kW 泵的效率 n=77% 【例2一3】选用某台离心泵,从样本上査得其允许吸上真空高度H=75m,现将该泵安 装在海拔高度为500m处,已知吸入管的压头损失为1mH2O,泵入口处动压头为02mH2O

N 和η值，并将这些数据绘于坐标纸上，即得该泵在固定转速下的特性曲线。 【例 2－2】 将 20℃的清水从贮水池送至水塔，已知塔内水面高于贮水池水面 13m。水塔及 贮水池水面恒定不变，且均与大气相通。输水管为φ140×4.5mm 的钢管，总长为 200m（包 括局部阻力的当量长度）。现拟选用 4B20 型水泵，当转速为 2900r/min 时，其特性曲线见附 图，试分别求泵在运转时的流量、轴功率及效率。摩擦系数λ可按 0.02 计算。 解：求泵运转时的流量、轴功率及效率，实际上是求泵的工作点。即应先根据本题的管 路特性在附图上标绘出管路特性曲线。 （1）管路特性曲线方程 在贮水池水面与水塔水面间列柏努利方 程 e H f g p H Z +  =  +  式中ΔZ=13m Δp=0 由于离心泵特性曲线中 Q 的单位为 L/s， 故输送流量 Qe 的单位也为 L/s，输送管内流 速为： ( ) e e e Q Q d Q u 0.0742 0.131 4 1000 1000 4 2 2 =   =  =   ( ) 2 9.81 0.0742 0.131 200 0.02 2 2 2   =        + = e e f Q g u d l l H  = 2 0.00857Qe 本题的管路特性方程为： He=13+ 2 0.00857Qe （2）标绘管路特性曲线 根据管路特性方程，可计算不同流量所需的压头值，现将计算结果列表如下： Qe/L·s －1 0 4 8 12 16 20 24 28 He/m 13 13.14 13.55 14.23 15.2 16.43 17.94 19.72 由上表数据可在 4B20 型水泵的特性曲线图上标绘出管路特性曲线 He－Qe。 （3）流量、轴功率及效率 附图中泵的特性曲线与管路特性曲线的交点就是泵的工 作点，从图中点 M 读得： 泵的流量 Q=27L/s=97.2m3 /h 泵的轴功率 N=6.6kW 泵的效率 η=77% 【例 2－3】 选用某台离心泵，从样本上查得其允许吸上真空高度 Hs=7.5m，现将该泵安 装在海拔高度为 500m 处，已知吸入管的压头损失为 1 mH2O，泵入口处动压头为 0.2 mH2O

夏季平均水温为40℃,问该泵安装在离水面5m高处是否合适? 解:使用时的水温及大气压强与实验条件不同,需校正: 当水温为40℃时p=7377Pa 在海拔500m处大气压强可查表2-1得 Ho=9. 74 mH2O H'=H+(H-10) 9.81×10 =75+(9.74-10)-(0.75-0.24)=673mH2O 泵的允许安装高度为: HR=h, ∑H (2-22b) 6.73-0.2-1 5.53m>5m 故泵安装在离水面5m处合用。 【例2-4】试选一台能满足Q=80m3/h、H=180m要求的输水泵,列出其主要性能。并求 该泵在实际运行时所需的轴功率和因采用阀门调节流量而多消耗的轴功率 解:(1)泵的型号由于输送的是水,故选用B型水泵。按Q=8mh、H=180m的 要求在B型水泵的系列特性曲线图2-15上标出相应的点,该点所在处泵的型号为 4B20-2900,故采用4B20型水泵,转速为2900r/min。 再从教材附录中查4B20型水泵最高效率点的性能数据: Q=90m3/h H=20m N=6.36kW n=78% (2)泵实际运行时所需的轴功率,即工作点所对应的轴功率。在图2-6的4B20型离心 水泵的特性曲线上查得Q=80m/h时所需的轴功率为 M=6kW (3)用阀门调节流量多消耗的轴功率当Q=8m3/h时,由图26查得=1.2m,n 77%。为保证要求的输水量,可采用泵出口管线的阀门调节流量,即关小出口阀门,增大 管路的阻力损失,使管路系统所需的压头Hε也等于21.2m。所以用阀调节流量多消耗的压 头为 AH=21.2-18=3.2m 多消耗的轴功率为: A=MHQQ=32×8×10009810906kw 3600×0.77 【例2-5】已知空气的最大输送量为14500kgh。在最大风量下输送系统所需的风压为 1600Pa(以风机进口状态计)。风机的入口与温度为40℃,真空度为196Pa的设备连接,试 选合适的离心通风机。当地大气压强为933×10Pa 解:将系统所需的风压p换算为实验条件下的风压p,即

夏季平均水温为 40℃，问该泵安装在离水面 5m 高处是否合适？ 解：使用时的水温及大气压强与实验条件不同，需校正： 当水温为 40℃时 pv=7377Pa 在海拔 500m 处大气压强可查表 2-1 得 Ha=9.74 mH2O H's=Hs+（Ha－10）－       −  0.24 9.81 103 v p =7.5+（9.74－10）―（0.75―0.24）=6.73 mH2O 泵的允许安装高度为： 0 1 2 ' 2 1 − g = s − − H f g u H H （2-22b） =6.73―0.2―1 =5.53m＞5m 故泵安装在离水面 5m 处合用。 【例 2-4】 试选一台能满足 Qe=80m3 /h、He=180m 要求的输水泵，列出其主要性能。并求 该泵在实际运行时所需的轴功率和因采用阀门调节流量而多消耗的轴功率。 解：（1）泵的型号 由于输送的是水，故选用 B 型水泵。按 Qe=80m3 /h、He=180m 的 要求在 B 型水泵的系列特性曲线图 2-15 上标出相应的点，该点所在处泵的型号为 4B20-2900，故采用 4B20 型水泵，转速为 2900r/min。 再从教材附录中查 4B20 型水泵最高效率点的性能数据： Q=90m3 /h H=20m N=6.36kW η=78% Hs=5m （2）泵实际运行时所需的轴功率，即工作点所对应的轴功率。在图 2-6 的 4B20 型离心 水泵的特性曲线上查得 Q=80m3 /h 时所需的轴功率为 N=6kW （3）用阀门调节流量多消耗的轴功率 当 Q=80m3 /h 时，由图 2-6 查得 H=1.2m，η =77%。为保证要求的输水量，可采用泵出口管线的阀门调节流量，即关小出口阀门，增大 管路的阻力损失，使管路系统所需的压头 He 也等于 21.2m。所以用阀调节流量多消耗的压 头为： ΔH=21.2－18=3.2m 多消耗的轴功率为： 0.906kW 3600 0.77 3.2 80 1000 9.81 =     =   =  HQg N 【例 2－5】 已知空气的最大输送量为 14500kg/h。在最大风量下输送系统所需的风压为 1600Pa（以风机进口状态计）。风机的入口与温度为 40℃，真空度为 196Pa 的设备连接，试 选合适的离心通风机。当地大气压强为 93.3×103Pa。 解：将系统所需的风压 p'T换算为实验条件下的风压 pT，即

Pr=p 操作条件下P的计算:(40℃,p=(93300-196)Pa) 从附录中查得10133×105Pa,40℃时的p=1.128kg/m3 p3=1.128× (93300-196) =1.04kgm 101330 所以 1.2 Pr 1.04 风量按风机进口状态计 14500 13940m3/h 根据风量Q=13940m3/h和风压p=1846Pa从附录中查得4-72-1lNO6C型离心通风机可满 足要求。该机性能如下 风压1941.8Pa=198mmH2O 风量14100m3/h 效率91% 轴功率10kW 习题 拟用一泵将碱液由敞口碱液槽打入位差为 l0m高的塔中,塔顶压强为5.88×104Pa(表压), 流量20m3/h。全部输送管均为φ57×3.5mm无缝钢 管,管长50m(包括局部阻力的当量长度)。碱液的 密度p=1500kg/m3,粘度μ=2×10-Pa·s。管壁粗 糙度为0.3mm。试求 (1)输送单位重量液体所需提供的外功 (2)需向液体提供的功率。 2.在图2-11所示的4B20型离心泵特性曲线图 碱池 上,任选一个流量,读出其相应的压头和功率,核 算其效率是否与图中所示一致。 习题1附图 3.用水对某离心泵作实验,得到下列实验数据: Q(L·min1) 200 HIm 37.2 34.5318285 若通过φ76×4mm、长355m(包括局部阻力的当量长度)的导管,用该泵输送液体。 已知吸入与排出的空间均为常压设备,两液面间的垂直距离为48m,摩擦系数λ为003, 试求该泵在运转时的流量。若排出空间为密闭容器,其内压强为1.29×105Pa(表压),再求 此时泵的流量。被输送液体的性质与水相近。 4.某离心泵在作性能试验时以恒定转速打水。当流量为71m3/h时,泵吸入口处真空表

' . p p' T T  1 2 = 操作条件下ρ'的计算：（40℃，p=（93300－196）Pa） 从附录中查得 1.0133×105Pa，40℃时的ρ=1.128 kg/m3 ( ) 3 1.04kg/m 101330 93300 196 ' 1.128 = −  =  所以 1846Pa 1.04 1.2 pT = 1600  = 风量按风机进口状态计 13940m /h 1.04 14500 3 Q = = 根据风量 Q=13940m3 /h 和风压 pT=1846Pa 从附录中查得 4－72－11NO.6C 型离心通风机可满 足要求。该机性能如下： 风压 1941.8Pa=198mmH2O 风量 14100 m3 /h 效率 91% 轴功率 10kW 习 题 1．拟用一泵将碱液由敞口碱液槽打入位差为 10m 高的塔中，塔顶压强为 5.88×104Pa（表压）， 流量 20m3 /h。全部输送管均为φ57×3.5mm 无缝钢 管，管长 50m（包括局部阻力的当量长度）。碱液的 密度ρ=1500kg/m3，粘度μ=2×10－3Pa·s。管壁粗 糙度为 0.3mm。试求： （1）输送单位重量液体所需提供的外功。 （2）需向液体提供的功率。 2．在图 2-11 所示的 4B20 型离心泵特性曲线图 上，任选一个流量，读出其相应的压头和功率，核 算其效率是否与图中所示一致。 3．用水对某离心泵作实验，得到下列实验数据： Q/（L·min－1） 0 100 200 300 400 500 H/m 37.2 38 37 34.5 31.8 28.5 若通过φ76×4mm、长 355m（包括局部阻力的当量长度）的导管，用该泵输送液体。 已知吸入与排出的空间均为常压设备，两液面间的垂直距离为 4.8m，摩擦系数λ为 0.03， 试求该泵在运转时的流量。若排出空间为密闭容器，其内压强为 1.29×105Pa（表压），再求 此时泵的流量。被输送液体的性质与水相近。 4．某离心泵在作性能试验时以恒定转速打水。当流量为 71m3 /h 时，泵吸入口处真空表