化工原理分章试题与解答 第二章讲课稿

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 ，避免产生气缚的方法有 。

答：泵内灌入空气，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，已知两者的体积V 相等， 则 He 2 He 1，Ne 2 Ne 1。

答：
1
222.1,1Ne Ne H He e ==
5、离心通风机输送ρ=1.2kg/m 3空气时，流量为6000m 3/h ，全风压为
240mmH 2O ，若用来输送ρ＇=1.4kg/m 3的气体，流量仍为6000m 3/h ，全风压为 mmH 2O 。

解：
O mmH H H a
t
t 22802.14
.12402
.1=⨯
=='ρ
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
22222
2122221211u d l p u gZ p u gZ -+++=++λ
ρρ
2)
1(2
222
1u d l
gZ p p ++=-λρ
关小出口阀门，2u 下降，
ρ
2
1p p -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。

2222
0302003233u d l p u gZ p u gZ -+++=++λ
ρρ
2)
1(2
230
3u d l
gZ p p -+=-λρ
关小出口阀门，λ增大，
ρ
3p p -上升，即压力表读数上升。

7、两敞口容器间用离心泵输水，已知转速为n 1时，泵流量Q 1=100l/s ，扬程
H 1=16m ，转速为n 2时，Q 2=120l/s ，H 2=20m 。

则两容器垂直距离= m 。

解：2
BQ K He +=代入已知数据得：
21.016B K +=
212.020B K +=
解得：91.6,1.909==K B
m Z g p
g p Z K 91.60,91.6=∆∴=∆=∆+
∆=ρρ
8、若离心泵入口处真空表读数为700mmHg。

当地大气压为101.33kPa。

则输送
42℃水时（饱和蒸汽压为8.2kPa）泵内发生汽蚀现象。

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，
则该泵输送液体的流量，轴功率。

答：加大，加大
管路的特性方程为：
2
2BQ
g
p
Z
BQ
K
H e+
∆
+
∆
=
+
=
ρ
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，若在离心泵正常操作范围内，将出口阀开大，则流量V q，扬程He，管路总阻力损失∑f
H，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。

若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，则出口阀应作如何调节？ 。

试比较调节前后泵的扬程 （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
Z
g W H H g
p u gZ W g p u gZ e f f
a
e a ∆-=∴+++=+++∑∑ρρ22211200
江水液面上升，Z ∆下降，则流量变大。

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ρ的液体时，流量为V q ，现若改为输送密度为
ρ'液体，（已知ρρ<'），则流量为V
q '。

试比较： 1）12p p <时，V
q ' V q ，e H ' e H ，e P ' e P （＞，＜，＝）； 2）12p p =时，V q ' V q ，e H ' e H ，e P ' e P （＞，＜，＝）。

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
Z
g g p p W H H g
p u gZ W g p u gZ e f f
e ∆--+=∴+++=+++∑∑ρρρ2
12
211120022
12p p <时，ρρ<'，∑f H 变大，故流量变大； 由泵的特性曲线知，扬程变小，轴功率变大。

12p p =时，ρρ<'，∑f H 不变，故流量不变，
由泵的特性曲线知，扬程不变，轴功率g HQ N e ρ=，变小。

13．如图所示循环管路，离心泵输送密度为3
/850m kg =ρ的某有机液体，试
问：
1）若池中液面上升，则：
流量V q ，扬程e H ，真空表读数1p ，压力表读数2p ； 2）若离心泵输送的液体为水，则：
流量V q ，扬程e H ，真空表读数1p ，压力表读数2p ； 3）若将泵的转速提高，则离心泵的流量V q ，扬程e H ，效率η （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）池内水面上升，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：
10,1
2112-+++=f a H g p g u Z g p ρρ
真空表读数为：g u d l l Z g
p p e a 2)
(2111
∑++=-λρ 流速u 不变，Z 1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
2,22
222-+=++f a H g p g p
g u Z ρρ
压力表读数：2
2
2
0222)1(Z g u d l l g p p e a --+=-∑-λρ
流速u 不变，Z 2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。

3）泵的转速提高，则离心泵的特性曲线变化，流量变大，扬程变大，效率不变。

2）若输送的液体变为水，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V q ，扬程为e H 。

现另有一台型号相
同的泵，在管路状态不变条件下，将泵串联时输送流量为V q '，扬程为e H '，将泵并联时输送流量为V
q ''，扬程为e H ''，则： e e V V e e V V
H H q q H H q q A =''=''='='，；，22) e e V V e e V V
H H q q H H q q B >''>''>'>'，；，) e e V V e e V V
H H q q H H q q C 22)=''=''='='，；， D ）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。

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）槽内液面下降；（2）吸入管堵塞；（3）液体温度上升；（4）容器内压强下降；（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H e －Q e 有何不同？二者的交点意味着什么？
答：将离心泵的基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。

它表明转速一定时，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e Q Q =，e H H =。

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？
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
A Q 下，管路所需要的压头为A H ，而该流量下泵所提供的压头为'
A H 。

A A H H >'
，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A Q 变到M Q ，即在M 点达到平衡。

反之，如果泵在B 点工作，则在B Q 流量下泵所产生的压头'B H 小于液体通
过该管路时所需要的压头B H ，即'
B H <B H 。

由于液体所需的有效能量不能满足，只能靠减少流速在M 点达到平衡，届时流量从B Q 减至M Q 。

三、计算题
1．用离心泵向密闭高位槽送料，流程如图所示。

在特定转速下，泵的特性方程为：
241056.742Q H ⨯-=（Q 的单位为m 3/s ）
当水在管内的流量
s m Q /01.03
=时，流动进入阻力平方区。

现改送密度3
/1200m kg =ρ的水溶液（其它性质和水相近）时，密闭容器内
维持表压118kPa 不变，试求输送溶液时的流量和有效功率。

解：本题条件下，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 （=g p Z ρ/∆+∆）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：
2/e e BQ g p Z H +∆+∆=ρ
将有关数据代入上式得：
22324807.910001011812e e e BQ BQ H +=+⨯⨯+=
此式与泵的特性方程联解以确定B 值：
224)01.0(24)01.0(1056.742B +=⨯-
解得：
当输送溶液时，B 值不变，管路特性方程变为：
253
)(10044.1807.912001011812e e Q H '⨯+⨯⨯+='
25)(10044.122e Q '⨯+= 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：
2524)(10044.122)(1056.742e
Q Q '⨯+='⨯- 解得：s m Q /01054.03='
所以：m H 6.3301054.01056.74224=⨯⨯-=
泵的有效功率为：
kW Q H N e 17.4102/120001054.06.33102/=⨯⨯='=ρ
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。

在本题条件下，密度加大，使泵的流量加大，压头下降，功率上升。

2．用离心泵将池内水送至灌溉渠，起始两液面位差为10m ，管路系统的压头损失可表示为H f =0.6×106Q e 2（Qe 的单位为m 3/s ）；在特定转速下泵的特性方程为：H=26-0.4×106Q 2（Q 的单位为m 3/s ）。

池面的面积为100m 2，试求：
1）．若两液面恒定，则水的流量为若干m 3/h ？
2）．若灌溉渠内液面恒定，而池内液面不断下降，则液面下降2m ，所需的时间为若干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；当池内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：
26106.010e e Q H ⨯+=
泵的特性方程为：
26104.026Q H ⨯-=
联解两方程，解得流量为：
h m s m Q /4.14/104333=⨯=-
2．液面下降2m 所需的时间
设输送开始后的某一时刻，池内液面下降hm ，流量为Qm 3/s 。

在d θs 时间内，液面下降dhm ，则物料衡算式为：
θQd dh =100
或Q dh d /100=θ
在θ时刻，管路特性方程为：
26106.0)10(e e Q h H ⨯++=
泵的特性方程仍保持不变，即：
26104.026Q H ⨯-=
在泵的工作点处
2626106.010104.026Q h Q ⨯++=⨯-
32/110/)16(h Q -=
2/15)16/(10h dh d -=∴θ
令h x -=16，则：dx dh -=
当0=h 时，161=x ；当2=h 时，141=x
h s x dx x x x 35.145176010210161452/1521==⨯=⎰-=∴-θ
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 的密闭容器内，管内流量为16.7×10-3m 3/s 。

试求
1）管路特性曲线（假定管内流动已进入阻力平方区）及输送每千克水消耗的能量。

2）若将阀门关小，使管内流量减小25%，管路特性曲线（假定管内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论功为多少？
（已知：当Q v =16.7×10-3m 3/s ，泵的压头为H e =47m ，泵的效率为71%：当Q v =12.5×10-3m 3/s ，泵的压头为H e =51.4m ；泵的效率为66.3%）
解：当Q v =16.7×10-3m 3/s ，泵的压头为H e =47m ；
则管路的特性方程的系数B 可求出。

22e e e BQ g p Z BQ K H +∆+∆=+=ρ 47)1067.1(81.910001081.910234
=⨯+⨯⨯+=-B
41068.9⨯=∴B
管路的特性方程为：
241068.920e e Q H ⨯+= 在此流量下，输送每千克水所消耗的能量为：
kg J gH W e /8.69071.04781.9=⨯==η
（2）关小阀门后管路的流量为：
s m Q e
/105.12)25.01(107.16333--⨯=-⨯⨯=' 则关小阀门后管路特性曲线方程的系数为
52321001.2)105.12(204.51⨯=⨯-='-'='-e e Q K H B
管路特性曲线方程为：251001.220e e Q H '⨯+='
此时，输送每千克水所消耗的能量为：
kg J H g W e /5.760663.04.5181.9=⨯=''='η
对于原管路，输送s m Q e
/105.1233-⨯='的水量，所需的压头为： m H e 1.35)105.12(1068.920234=⨯⨯⨯+=-
因阀门关小，输送每千克水多消耗的理论功为：
kg J H H g e e
/9.1591.354.5181.9)(=-⨯=-' 此部分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。