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化工原理分章试题与解答 第二章
发布时间:2020-05-13 14:41

  化工原理分章试题与解答 第二章_工学_高等教育_教育专区。专业模拟题,考点全掌握

  第二章 一: 概念题 , , 等型式。 1、属于正位移泵型式,除往复泵外还有 答:计量泵、螺杆泵、齿轮泵 2、产生离心泵气缚现象的原因是 有 ,避免产生气缚的方法 。 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 装高度 Hg 的措施是 和 。 ,增加离心泵允许安 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ρ 1 及ρ 2=1.2ρ 1 的两种液体,已知两者的体积 V 相等, 则 He2 He1,Ne2 Ne1。 答: He2 ? H e1 , Ne2 ? 1.2 Ne1 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, 若 用 来 输 送 ρ ' =1.4kg/m3 的 气 体 , 流 量 仍 为 6000m3/h , 全 风 压 为 mmH2O 。 H t? ? H t ?a 1.2 解: ? 240 ? 1.4 ? 280 mmH 2O 1.2 6、离心泵的流量调节阀安装在离心泵 读数 ,压力表读数 。 管路上,关小出口阀门后,真空表 解:出口,下降,上升。 在贮槽液面 1-1 与泵的线 间列伯努利方程 gZ1 ? 2 u1 p1 u2 p l u2 ? ? gZ 2 ? 2 ? 2 ? ? 1?2 2 2 ? 2 ? d 2 2 u2 l ? gZ 2 ? (? ? 1) d 2 p1 ? p2 ? p1 ? p 2 关小出口阀门, u 2 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。 gZ3 ? 2 u3 p3 u2 p l u2 ? ? gZ0 ? 0 ? 0 ? ? 3?0 0 2 ? 2 ? d 2 p3 ? p0 ? ? gZ3 ? (? u2 l ? 1) 2 d 2 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,已知转速为 n1 时,泵流量 Q1=100l/s,扬程 H1=16m,转速为 n2 时,Q2=120l/s,H2=20m。则两容器垂直距离= 解: He ? K ? BQ 代入已知数据得: 2 m。 16 ? K ? B0.12 20 ? K ? B0.12 2 解得: B ? 909 .1, K ? 6.91 K ? ?Z ? ?p ?p ? 6.91, ? 0 ? ?Z ? 6.91m ?g ?g 8、若离心泵入口处线mmHg。当地大气压为 101.33kPa。则输送 42℃水时(饱和蒸汽压为 8.2kPa)泵内 答:会 发生汽蚀现象。 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 答:加大,加大 H e ? K ? BQ 2 ? ?Z ? ?p ? BQ 2 ?g ,轴功率 。 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,若在离心泵正常操作范围内,将出口阀 开大,则流量 qV 轴功率 P ,扬程 He ,管路总阻力损失 ? H f , (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 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 (变大、变小、不变) 。 。 gZ 0 ? 2 u0 pa u2 p ? ? We ? gZ1 ? 1 ? a ? ? H f 2 ?g 2 ?g ? ? H f ? We ? g?Z 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 ? 的液体时, 流量为 qV , 现若改为输送密度为 ? ? ? 液体, (已知 ? ? ? ? ) ,则流量为 qV 。试比较: ? 1) p2 ? p1 时,qV ? 2) p 2 ? p1 时,qV ? qV ,H e ? qV ,H e H e ,Pe? H e ,Pe? Pe (>,<,=) ; Pe(>,<,=) 。 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 2 u 0 p1 u2 p ? ? We ? gZ1 ? 1 ? 2 ? ? H f 2 ?g 2 ?g p ? p2 ? ? H f ? We ? 1 ? g ?Z ?g gZ0 ? p2 ? p1 时, ? ? ? ? , ? H f 变大,故流量变大; 由泵的特性曲线知,扬程变小,轴功率变大。 p 2 ? p1 时, ? ? ? ? , ? H f 不变,故流量不变, 由泵的特性曲线知,扬程不变,轴功率 N e ? HQ?g ,变小。 3 13.如图所示循环管路,离心泵输送密度为 ? ? 850 kg / m 的某有机液体,试问: 1)若池中液面上升,则: 流量 qV ,扬程 H e ; ,线)若离心泵输送的液体为水,则: 流量 qV ,扬程 H e ; ,扬程 H e ,效率 ? ,线)若将泵的转速提高,则离心泵的流量 qV (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。 在池面与线 之间列伯努利方程,得: pa u12 p1 ? Z1 ? ? ? H f , 0?1 ?g 2 g ?g l ? ? le u12 pa ? p1 ? Z 1 ? (? ) d 2g 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 Z2 ? 2 u 2 p2 pa ? ? ? H f , 2?0 2 g ?g ?g l 2 ?0 ? ? l e p2 ? pa u2 ? (? ? 1) 2 ? Z 2 d 2g 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。 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 qV ,扬程为 H e 。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 qV ,扬程为 H e ,将泵并 ?? ? 联时输送流量为 qV ,扬程为 H e? ,则: ? ? ?? ? A)qV ? qV ,H e ? 2 H e;qV ? 2qV ,H e? ? H e ? ? ?? ? B)qV ? qV ,H e ? H e;qV ? qV ,H e? ? H e ? ? ?? ? C )qV ? 2qV ,H e ? H e;qV ? qV ,H e? ? 2 H e 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。 离心泵 压头 流量 改变管路 流量调节 改变泵 启动 一、 问答题 改变转速 出口阀关闭 改变活塞频率与行程 阀门开启 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 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 He-Qe 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 Q ? Qe , H ? H e 。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 Q A 下,管路所需要的压头为 H A ,而该流量下泵所提供的压头为 H A 。 H A ? H A , 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 Q A 变到 QM ,即在 M 点达到平衡。 反之,如果泵在 B 点工作,则在 QB 流量下泵所产生的压头 H B 小于液体通 过该管路时所需要的压头 H B ,即 H B H B 。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 QB 减至 QM 。 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: H ? 42 ? 7.56 ? 10 4 Q 2 (Q 的单位为 m3/s) 3 当水在管内的流量 Q ? 0.01m / s 时,流动进入阻力平方区。 现改送密度 ? ? 1200 kg / m 的水溶液(其它性质和水相近)时,密闭容器内 3 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(= ?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: 2 H e ? ?Z ? ?p / ?g ? BQe 将有关数据代入上式得: H e ? 12 ? 118 ?10 3 2 2 ? BQe ? 24 ? BQe 1000 ? 9.807 此式与泵的特性方程联解以确定 B 值: 42 ? 7.56 ?10 4 (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 ?10 3 ? ? H e ? 12 ? ? 1.044 ?10 5 (Qe ) 2 1200 ? 9.807 ? ? 22 ? 1.044 ?10 5 (Qe ) 2 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: ? 42 ? 7.56 ?10 4 (Q?) 2 ? 22 ? 1.044 ?10 5 (Qe ) 2 3 解得: Q? ? 0.01054 m / s 4 2 所以: H ? 42 ? 7.56 ?10 ? 0.01054 ? 33.6m 泵的有效功率为: N e ? HQ?? / 102 ? 33.6 ? 0.01054 ?1200 / 102 ? 4.17 kW 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 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) .若两液面恒定,则水的流量为若干 m3/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: 2 H e ? 10 ? 0.6 ?10 6 Qe 泵的特性方程为: H ? 26 ? 0.4 ?10 6 Q 2 联解两方程,解得流量为: Q ? 4 ?10 ?3 m 3 / s ? 14.4m 3 / h 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 Qm3/s。在 dθ s 时间内, 液面下降 dhm,则物料衡算式为: 100 dh ? Qd? 或 d? ? 100 dh / Q 在θ 时刻,管路特性方程为: 2 H e ? (10 ? h) ? 0.6 ?10 6 Qe 泵的特性方程仍保持不变,即: H ? 26 ? 0.4 ?10 6 Q 2 在泵的工作点处 26 ? 0.4 ?10 6 Q 2 ? 10 ? h ? 0.6 ?10 6 Q 2 Q ? (16 ? h)1/ 2 / 10 3 ? d? ? 10 5 dh /(16 ? h)1/ 2 令 x ?16 ? h ,则: dh ? ?dx 当 h ? 0 时, x1 ? 16 ;当 h ? 2 时, x1 ? 14 x ?? ? ?10 5 ?x12 x ?1/ 2 dx ? 2 ?10 5 x 16 14 ? 51760 s ? 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、AG亚游手机客户端,表压为 9.81×104Pa 的密闭容器内,管内流量为 16.7×10-3m3/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 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%) 解:当 Qv=16.7×10-3m3/s,泵的压头为 He=47m; 则管路的特性方程的系数 B 可求出。 2 H e ? K ? BQe ? ?Z ? ?p 2 ? BQe ?g ? 10 ? 9.81 ?10 4 ? B(1.67 ?10 ?3 ) 2 ? 47 1000 ? 9.81 ?B ? 9.68 ?10 4 4 2 管路的特性方程为: H e ? 20 ? 9.68 ?10 Qe 在此流量下,输送每千克水所消耗的能量为: W? gH e ? 9.81 ? 47 ? 690 .8 J / kg 0.71 ? (2)关小阀门后管路的流量为: ? Qe ? 16.7 ?10 ?3 ? (1 ? 0.25) ? 12.5 ?10 ?3 m 3 / s 则关小阀门后管路特性曲线方程的系数为 B? ? ? He ? K 51.4 ? 20 ? ? 2.01 ?10 5 2 ? Qe (12.5 ?10 ?3 ) 2 5 ? ?2 管路特性曲线方程为: H e ? 20 ? 2.01 ?10 Qe 此时,输送每千克水所消耗的能量为: W? ? ? gH e 9.81 ? 51.4 ? ? 760 .5 J / kg ?? 0.663 ?3 3 ? 对于原管路,输送 Qe ? 12.5 ? 10 m / s 的水量,所需的压头为: H e ? 20 ? 9.68 ?10 4 ? (12.5 ?10 ?3 ) 2 ? 35.1m 因阀门关小,输送每千克水多消耗的理论功为: ? g ( H e ? H e ) ? 9.81 ? 51.4 ? 35.1 ? 159 .9 J / kg 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。

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