最新第2章习题参考答案
第二章 流体输送机械
1. 在用水测定离心泵性能的实验中，当流量为26m 3/h 时，离心泵出口处压强表和入口处真空表的读数分别为152kPa 和24.7kPa ，轴功率为
2.45kW ，转速为2900r/min 。若真空表和压强表两测压口间的垂直距离为0.4m ，泵的进、出口管径相同，两测压口间管路流动阻力可忽略不计。试计算该泵的效率，并列出该效率下泵的性能。
[答：泵的效率为53.1％，其它性能略]
解：分别以真空表和压强表所在截面为1-1和2-2截面，在两截面间列柏努利方程有：
8
.91000247001520004.01
2?++=++
?=g p p z H ρ（真空度）（表压）=18.4 m
()=???=ρ=
η2450
4
18360026891000g ./.N QH 53.2% 4 . 用例2-2附图所示的管路系统测定离心泵的气蚀性能参数，则需在泵的吸入管路中安装调节阀门。适当调节泵的吸入和排出管路上两阀门的开度，可使吸入管阻力增大而流量保持不变。若离心泵的吸入管直径为100mm ，排出管直径为50mm ，孔板流量计孔口直径为35mm ，测的流量计压差计读数为0.85mHg ，吸入口真空表读数为550mmHg 时，离心泵恰发生气蚀现象。试求该流量下泵的允许气蚀余量和吸上真空度。已知水温为20℃，当地大气压为760mmHg 。
已知：
mmHg
760p C 20t ,mmHg 550(m 85.0R ,035.0,05.0,1.001021=?======，真），p m d m d m d
求：NPSH 和's H
解: 1）NPSH 可由下式得到：
g
p g u g p NPSH v
ρρ-+=2211
其中：()???
???-=公式计算得到。可通过孔板流量计相关水的物性参数得到。可通过查
真1
10120u C p p p p v 注意：p 1的单位换算为pa 。
1u 的求解过程如下：
()?
???
?
?
?
????ρρ-ρ=???? ??=是否在常数区。得到后，得到后需验证并假设在常数区，查图可由33-12200
0210
01,A A C gR C u d d u u Hg 注意：孔板流量计安装在排出管路上的。 2）'s H 的求解过程
m ...g .g g (p H p p p g p p H '
s 's 487105506130550Hg 110110=?=ρ?ρ=ρ=
???
???
-=ρ-=
真）（真） 5.用ISO-65-125型离心泵从敞口水槽中将70℃清水输送到它处，槽内液面恒定。输水量为35-45 m 3/h ，在最大流量下吸入管路的压头损失为1 m ，液体在吸入管路的动压头可忽略。试求离心泵的允许安装高度。当地大气压为98.1 kpa 。在输水量范围下泵的允许吸上真空度为6.4m 和5.0 m 。
已知：
。
；，时，当kpa .p m .'H m H h /m Q ,
h /m Q ,
C t a s ,f 198051454535701033====-=?=-求：H g
解：根据下式可得H g ：
102
12---=,f s g H g
u H H （1）
其中：H s 需按下式修正得到：
()()????????
??
??==ρ?=ρ==ρ????????? ??-?---=pa
.p ,m /kg .C t g p H m 'H ..p H 'H H v a
a s v a s s 333
101643189777051000
2401081910时，查表可得：取最大流量下的值 又：m H ,g
u ,f 1021021==-
将以上各项代入式（1）即可得到H g 。
6.用离心泵从敞口贮槽向密闭高位槽输送清水，两槽液面恒定。输水量为40m 3/h 。两槽液面间垂直距离为12m ，管径为Φ102×4mm ，管长（包括所有局部阻力的当量长度）为100m ，密闭高位槽内表压强为9.81×104pa ，流动在阻力平方区，摩擦系数为0.015，试求：（1）管路特性方程；（2）泵的压头。
已知：
015
.0,0(,1081.9(100)(,094.0,/0111.0/40,1214
2312==?==+∑====-=?λpa p pa p m l l m d s m h m Q m z z z e 表压）表压）
解：选取敞口贮槽液面为1-1′截面，选取高位槽液面为2-2′截面，根据题意有：
015
.0,0(,1081.9(100)(,094.0,/0111.0/40,1214
2312==?==+∑====-=?λpa p pa p m l l m d s m h m Q m z z z e 表压）表压）
（1） 管路特性方程可表示为：2
e e BQ K H +=
其中：m g
p
z K 221012=+=?+
?=ρ，2
422
221,2
10689.11.14442)(e e e e
e f e Q BQ Q d
Q u g u d l l H BQ ?=????
????==+∑=∑=-πλ 则可得到该管路的特性方程为：2
410689.122e e Q H ?+=
（2）泵的压头
将s m h m Q /0111.0/403
==代入上述管路特性方程即可得到。
8用两台离心泵从水池向高位槽送水，单台泵的特性曲线方程为 H=25—1×106Q 2 管路特性曲线方程可近似表示为 H=10+1×106Q 2 两式中Q 的单位为m 3/s ，H 的单位为m 。 试问两泵如何组合才能使输液量最大？（输水过程为定态流动）。 解：可将两台泵采取串联或并联组合。
（1）如果采取串联方式，则流量可由下式联立求解得到：
??????+=?-=—管路特性曲线——串联泵的特性曲线—252
610110101252e e
Q H Q H （2）采取两台泵并联组合时，则流量可由下式联立求解得到：
??????+=??? ???-=—管路特性曲线——并联泵特性曲线—252610110210125e e
Q H Q H 9 .现采用一台三效单动往复泵，将敞口贮罐中密度为1250kg/m 3的液体输送到表压强为 1.28×106Pa 的塔内，贮罐液面比塔入口低10m ，管路系统的总压头损失为2m ，已知泵活塞直径为70mm ，冲程为225mm ，往复次数为200 1/min ，泵的总效率和容积效率为0.9和0.95。试求泵的实际流量，压头和轴功率。
已知：
95
0902002250070210102811250V 1
216
2
3.,.,min n ,m .S ,m .A ,m H ,m z ,pa .p ,m /kg ,f =η=η=====?==ρ--?（表）
求：Q 、H 、N
解：（1）Q 可通过下式求得：
T
V Q Q η=
（1）
其中，三效单动往复泵理论平均流量Q T 为：
r T ASn Q 3== 3×π/4 ×(0.07)2
×0.225×200
=0.52m 3
/min
将Q T 代入式（1）即得Q 。
(2)泵的压头H 可通过在储罐液面与管出口外侧间列伯努利方程得到：
H H u pa .p m
z H g u g p
z H f f ???????
??
?
??==?==++
ρ+
=m
2010281102262
∑???∑???
(3)轴功率N
N .gQH N N e ??????=ηηρ=η=
90
10. 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 （以风机进口状态级计）。由于工艺条件的要求，风机进口与温度为40℃，真空度为196Pa 的设备相连。试选合适的离心通风机。当地大气压为93.3kPa 。
解：按进口状态的风量Q 和实验条件下的全风压H T 查找附录21选择离心式风机。 （1）将操作条件下的风压'H T 换算成实验条件下的风压T H 。
T T
T H .'pa .p T .R M RT pM '
'H H ???
?
??
?
???
????????
=ρρ??????
??
????
=====ρρρ=21k 1960.-393313
31829）（
（2）操作条件下的风量Q :
Q h /kg W W Q ????
??
=ρ=
14500
根据输送量和风压选择离心式风机。
11. 15℃的空气直接由大气进入风机，再通过内径为800mm 的水平管道送到炉底，炉底表压为10.8kPa 。空气输送量为20000m 3/h （进口状态计），管长为100m （包括局部阻力的当量长度），管壁绝对粗糙度可取为0.3mm 。现库存一台离心通风机，其性能如下所示。核算此风机是否合用？当地大气压为101.33kPa 。
解：核算风机是否合用主要要看管路实际输送的以进口状态计的风量和实验条件下的风压是否比风机提供的要小。此题要注意将管路实际输送的风量和风压换算成实验条件下的后再与所提供风机的相关参数进行比较。 （1）管路输送系统的风压H T ：
可通过在风机入口和炉底间列伯努利方程得到：
T f f f
T 'H h '..d 'd u 'Re u d l 'h 's /m ../d Q u u u kpa
.p z h 'u '
p z g ''H ??????????
???
?
??
??
?
?
??
ρ???????
?
??λ????????
==εμρ=λ?ρ=ρ=?π
=π====ρ+ρ++ρ=∑∑???∑???00037508003
020611804360020000481002222
2222
2
22
其中： 操作条件下的（15℃，1个大气压）下空气的密度'ρ和粘度'μ可查附录。 (2)将操作条件下的风压T 'H 换算成实验条件下的风压T H
T T
T H '
'H H ?ρρ
= （3）比较Q 和T H 是否比风机提供的风量和风压小，如小，则合用。
12. 某单级双缸双动空气压缩机，活塞直径为300mm ，冲程为200mm ，每分钟往复480次。压缩机的吸气压强为9.807×104Pa ，排气压强为34.32×104Pa 。试计算该压缩机的排气量和轴功率。假设汽缸的余隙系数为8%，排气系数为容积系数的85%，绝热总效率为0.7。空气的绝热指数为1.4。 解：（1）排气量V min 的计算
V min =λd ?V min
′
其中：① 双缸双动压缩机吸气量V min ′
=（4A-a ）sn r
活杆面积与活塞面积相比可以略去不计
∴吸收量V min ′
=4Asn r = 4 ×π/4 ×0.32
×0.2×480 = 27.13 m 3
/min
② 压缩机容积系数λ0= 1-ε[(P 2/P 1)1/k
-1] = 1- 0.08[（34.32/9.80）1/1.4
-1]
=0.8843 λd =0.85λ0 = 0.7516 ∴排气量V min =λd ?V min ′
= 20.39m 3
/min
（2）压缩机的理论功率 Na= P 1 V min ·к/（к-1）[(P 2/P 1)κ/(κ-1)
–1]
= 50.19 Kw
该压缩机的轴功率 N = Na/ηa =50.19/0.7 = 71.7Kw
13. 用三级压缩把20℃的空气从98.07×103kPa 压缩到62.8×105Pa 。设中间冷却器能把送到最后一级的空气冷却到20℃，各级压缩比相同。试求：
（1）.在各级的活塞冲程及往复次数相同情况下，各级汽缸直径比。（2）三级压缩消耗的理论功（按绝热过程考虑。空气绝热指数为1.4，并以1kg 计）。
分析：多级压缩机的工作原理：每一级排出口处的压强多时上一级的四倍，因此每一级空气的流量为上一次的0.25倍
解：⑴各级的活塞冲程及往复次数相同