流体输送-计算题

流体输送-计算题

1、某车间丙烯精馏塔的回流系统如附图所示，塔内操作压强为1304kPa（表压），丙烯贮槽内液面上方的压强为2011kPa（表压），塔内丙烯出口管距贮槽的高度差为30m，管内径为145mm，送液量为40t/h。丙烯的密度为600kg/m3，设管路全部能量损失为150J/kg。问：将丙烯从贮槽送到塔内是否需要用泵？计算后简要说明。

1、 解：（1）取贮槽液面为1-1′截面，且定为基准水平面，取塔内丙烯出口管的管口为2-2′截面，如图所示。 （1分） （2）在两截面间列出柏努利方程： upup gz1?1?1?We?gz2?2?2??hf1?2 （2分） 2?2?∵z1=0，z2=30m，u1≈0，u2可求出，p1=2011kPa（表），ρ=600kg/m3，p2=1304kPa（表），

22?hf1?2=150J/kg （1分）

（3）求u2及we u2?qm,sA????4240?1033600?(0.145)?60022?1.121m/s （1分） u?u1p?p1We?(z2?z1)g?2?2??hf1?22?(1.121)2(1.304?2.011)?106?30?9.807???150 （2分） 2600??733.495J/kg （1分） （4）说明：We的涵义是外加功，计算结果为负值，说明系统不需要用泵，而依靠贮槽与塔两个设备的压强差即可满足输送丙烯的要求。 （2分）

2、从设备排出的废气在放空前通过一个洗涤塔，以除去其中的有害物质，流程如附图所示。气体流量为3600m3/h，废气的物理性质与50℃的空气相近（密度1.093kg/m3，黏度1.96×10-5pa·s），在鼓风机吸入管路上装有U型压差计，指示液为水，其读数为60mm。输气管与放空管的内径为250mm，管子的摩擦系数λ为0.018，管长与管件、阀门的当量长度之和为55m（不包括进、出塔及管出口阻力），放空口与鼓风机进口管水平面的垂直距离为15m，估计气体通过洗涤

塔填料层的压力降为2.45kPa。大气压为101.3kPa。试求鼓风机的有效功率。

2、解：以吸入管测压处为1-1′面，洗涤塔管出口内侧为2-2′面，列伯努利方程 （1分） G??u?3.02?21.14?63.84kg/m2?s （2分） 12u1?We?z2g??hf ?2 其中：p1???H2OgR??1000?9.807?0.06??588.42pa （2 简化： 分 p1? u?分 Vs0.785?d2?3600/3600?20.382m/s （120.785?0.25 ∵??1.093kg/m3； ??0.018 （1分 l??leu2 ??hf?(???进??出)?hf塔 （2分 d2l??leu2?p'??进??出)? ?(? d2?5520.38222.45?103 ?(0.018? ?1.5)??0.2521.093 ?3375.65J/kg （1分） ?We?z2g??hf?p1/? （2分） ?15?9.807?3375.65?588.42/1.093?4061.108J/kg （1分） ?Ne?qm,s?We?qV,s???We?36003600?1.093?4061.108?4.439kW （1分）

3、如图所示用离心泵将料液从原料槽输送进塔。塔内表压50kPa，原料槽内表压10kPa。塔内液体出口比原料槽内液面高ΔZ=8m。管路总长共20m(包括局部阻力当量长度)，管内径50mm，摩擦系数0.02。料液密度800kg/m。泵的特性曲线方程：He=20-1.12×10qV (He--m，qV --m/s)，求：(1)管道内流量，m/h；(2)泵的有效功率，W。

3

35

2

3

3、解:（1）管路特性：

He??z2?z1??/p2?p1??Hf?g8?0.02?20?qv2?13.1??13.1?1.058?105qv2 5分253.14?9.81?0.05?50?10??1038???l?qv2?8??800?9.81?2?g?d552 泵的特性：He?20?1.12?10qv

He?He

?333 解得 qv?5.63?10m/s?20.3m/h 3分

/5?3 则 He?20?1.12?10?5.63?10?16.45m 3分

?3（2） Ne?Heqv?g?16.45?5.63?10?800?9.81?727W 4分

4、某离心泵送水量为50m/h，泵进口管径为?114?4mm的钢管，进口管路的全部能量损失为0.8mH2O，泵入口处的真空表读数为400mmHg，当地大气压为760mmHg，水的密度为1000kg/m。试求泵入口管中心线高于贮槽液面多少m？

4、解：u2?3

3

50?1.575m/s 3分 23600?0.785?0.1062p2u2?Z2???Hf 4分 0??g2g?533201.5752??0.8)?4.51m 3分 h?Z2??(1000?9.812?9.81

5、一逐渐扩大管段如图，输送密度为1000kg/m3的液

体，已知dA=100 mm，dB=200 mm，U形管压差计内的指示液密度为1630 kg/m3，R=200 mm，从A到B的压头损失为0.5 m。求管内液体的流量m3/h。

5、 解：由题意知ρ=1000kg/m3,dA=100mm=0.1m,dB=200mm=0.2mρi=1630kg/m,R=200mm,Hf=0.5m根据连续性方程可得uAdA2=uBdB2∴uA=uBdB2/dA2=uB(200/100)2=4uB在截面A和B之间列柏努利方程可得uA2pAuB2pBzA++=zB+++Hf2gρg2gρg又根据静力学方程可得pA-pB=(ρi-ρ)gR代入数据可得15uB2=2gHf-2(ρi-ρ)gR/ρ=2×9.81×0.5-2×（1630-1000）×9.81×0.2/1000∴uB=0.7m/s∴管内液体的流量为q=

6、用内径100mm的钢管从江中取水，送入蓄水池。池中水面高出江面20m，管路的长度（包括管件的当量长度）为60m。水在管内的流速为1.5m/s。今仓库里有下列四种规格的离心泵，试从中选一台合用的泵。（已知管路的摩擦系数为0.028）

泵 流量 Q m3/s 扬程 H m 6、 Ⅰ 0.017 42 Ⅱ 0.016 38 Ⅲ 0.015 35 Ⅳ 0.012 32 π2dBuB=0.785×0.22×0.7=0.02198m3/s=79.13m3/h4解：由题意可知di=100mm=0.1m,u=1.5m/s,λ=0.028l+∑le=60m,z2-z1=30m在江面与蓄水池液面之间列柏努利方程可得u12p1u22p2z1+++He=z2+++Hf2gρg2gρgl+∑leu2其中，u1=u2=0,p1=p2=0,Hf=λd2g601.52代入数据得H=30+0.028××=31.93m<32m0.12×9.81π又流量为q=d2u=0.785×0.12×1.5=0.01178m3/s<0.012m3/s4故型号4的泵比较合适，其流量为0.012m3/s,扬程为32m.7、泵送水量为50m/h，泵进口管径为?114?4mm的钢管，进口管路的全部能量损失为0.8mH2O，泵入口处的真空表读数为400mmHg，当地大气压为760mmHg，水的密度为1000kg/m。试求泵入口管中心线高于贮槽液面多少m？

7、解：已知 p1=0（表） p2=400mmHg（真）=-53320Pa（表） u1=0 Z1=0 Z2=h m ?Hf=0.8mH2O u2?3

3

50?1.575m/s （3分） 2360?00.785?0.1062p2u2?Z2???Hf （3分） 0??g2g?533201.5752??0.8)?4.51m （4分） h?Z2??(1000?9.812?9.81

8、用一台离心泵将原油从贮槽A送到贮槽B中去。已知输送管路直径为?168?9mm，计算长度为100m（直管长度与所有管件当量长度之和）。B的液面比A液面高5m，输送油量为60000kg/h，油的密度为890kg/m，粘度为181cP。A、B两贮槽均为敞口。试求：离心泵所需的有效功率为多少kW？

8、解：已知 pA=0（表） pB=0（表） uA=0 uB=0 ZA=0 ZB=5m 求管路阻力：

3

60000?1.06m/s （1分） 23600?890?0.785?0.151.06?0.15?890?782?2000 （1分） Re?181?10?36464 ???0.08184 （2分） Re782 u?

1001.062?30.65J/kg （2分） ?hf?0.081840.152 We?ZB?g??hf?5?9.81?30.65?79.7J/kg （1分） Ws?60000/3600?16.67kg/s （1分） Ne?79.7?16.67?1328W?1.328kW （2分）

9、敞口容器的侧壁装有内径为25mm的短管用以排水。水以4.5m3/h的流量连续加入容器内，以维持定态流动。设水流进侧壁短管的局部阻力系数ζc=0.5，流出的局部阻力系数=1。（右上图）求：若要使水流为定态过程，计算容器中水位高度（提示：当水流进容器的流量≥水从容器流出的流量时，则达到液面恒定，即为定态过程）。

9、解：（1）①在容器的恒定液面1-1′及侧壁短管出口外侧2-2′截面间列柏努利方程，以短管中心线为基准面。可得： （1分） upupz1g?1?1?we?z2g?2?2??hf1?2 （22?2?分）

②已知：p1=0（表压），p2=0（表压），u1≈0，We=0，z2=0，u2=0（短管出口外

侧）

柏式可简化为：z1g??hf1?2 （1分）

（2）因放水管很短，可以忽略直管阻力，即： 22?hf1?2分）

u2u2 （1?(?c??e)??1.5?22（3）当水流进容器的流量4.5m3/h≥水从容器中流出的流量时，容器的液面可达恒

定。

qv,hu?3600??2.55m/s （1?2?2d?(0.025)444.53600分）

u2(2.55)2（4）由简化的柏努利方程式得：z1g??hf1?2?1.5? ?1.5?22得：z1=0.497m （1分）

10、甲烷在附图12所示的管路中流动。管子的规格分别为φ219×6mm和φ159×4.5mm，在操作条件下甲烷的平均密度为1.43 kg/m3，流量为1700m3/h。在截面1和截面2之间连接一U形压差计，指示液为水，若忽略两截面间的能量损失，问U形压差计的读数R为多少？

题12 附图 1

R 2 10、解： 在1, 2截面间列柏努力方

程:

Z1g?P1p112?u12?Z2g?2?u2??Wf ?2?2p1p112?u12?2?u2 ?2?2 简化: 12 或: p1?p2??(u2?u12) 2 其中: u1?Vs1700/3600??14.04m/s 220.785d10.785?0.207d122072)?14.04?()?26.74m/s d2150 u2?u1(1 ?p1?p2?1.43??(26.742?14.042)?370.3Pa 2 又 p1?p2?R(?0??)g?R?0g ?R?

11、如附图13所示，用泵将贮槽中的某油品以40m3/h的流量输送至高位槽。两槽的液位恒定，且相差20m，输送管内径

p1?p2370.3??0.038m?38mm?0g1000?9.81 题13 附图

为100mm，管子总长为45m（包括所有局部阻力的当量长度）。已知油品的密度为890kg/m3，粘度为0.487Pa·s。若输送泵的效率为63.5%，求泵的轴功率kW。

11、解：u?Vs?4?d2?3600?1.415m/s 0.785?0.1240 Re? ???du??0.1?890?1.415?258.6?2000 0.4876464??0.247 Re258.6在贮槽1截面到高位槽2截面间列柏努力方程: Z1g?p1p112?u12?We?Z2g?2?u2??Wf ?2?2简化: We?Z2g??Wf

l??leu2451.4152?0.247???111.2J/kg 而: ?Wf??d20.12 ?We?20?9.81?111.2?307.4J/kg

PeNe?We?ms?We?Vs???307.4?40轴功率N=Ne/η=3.04/0.635=4.79kW

12、用泵将流量为2.5?104kg/h，密度为890kg/m3的溶液自反应器送到常压高位槽内。反应器液面压强为-0.02MPa（表）管路直径为?89?4mm，直管长度为72m，高位槽液面比反应器液面高25m。管路上装有一个全开的闸阀，一个1/2开的截止阀，3个90o的标准弯头。若泵的效率为63.5%，求泵的轴功率W。已知： 全开闸阀 ?=0.17 1/2开截止阀 ?=9.5

90o标准弯头 le=2.8m 若为湍流，管路摩擦系数取?=0.01544 12、解：u?3600?890?3039.8W?3.04kW qm,s??A?890?2.5?104?4m/s?1.51m/s （1分） ?0.0812?3600l?leu2u2?hf?hf?hf???????d2272?3?2.81.5121.512?0.01544???(0.17?9.5?0.5?1.0)?J/kg（3分） 0.08122?30.21J/kg?以反应器液面为1-1′，高位槽液面为2-2′，以反应器液面为基准水平面，则Z1=0，u1=0，u2=0，p2（表）=0。 列伯努利方程式： ?0.02?106?we?9.81?25?30.21890we?297.93J/kgN?

（6分） Ne??qm,s?we?2.5?104?297.93?W?3258.2W3600?0.63513、在一?76?3mm的无缝钢管中输送压强为190kPa（绝对压强）、温度为60℃的CO2气体。已知CO2气体在标准状态下的体积流量为450m/h。试求该CO2气体在管内的流速、质量流速、体积流量和质量流量？

13、解：操作状态下CO2气体的体积流量 qv?qv0?Tp0273?60101.325??450???292.73m3/h?0.08131m3/s T0p2731903

流通面积A??di2?0.785?0.072?0.003847m2 密度??PM?190?44?3.02kg/m3 4RT8.314?333平均流速u?qv?0.08131?21.14m/s 质量流速G??u?3.02?21.14?63.84kg/m2?s质量流A0.003847量qm??qv?3.02?0.08131?0.2456kg/s

14、用一油泵将密度为900 kg/m3，流量为25 m3/h的油从一常压贮槽A送至表压强为0.25MPa的设备中去。贮槽中液面比管路出口低12m，管路直径均为?108?4mm的钢管，直管长度为120m，管路摩擦系数λ为0.056。管路中装有一单向吸入底阀（?=4.5），2个90o的标准弯头（?=0.75），一个全开调节阀（?=6.4）。试求泵所消耗的有效功率。 14、解：d=108-2*4=100mm=0.1m U=V/A=25/(0.785*0.1*0.1*3600)=0.885m/s lu2u21200.8852hf?????(0.056?4.5?2*0.75?6.4)?31.17J/kg d220.12We=gz+p/p+hf=12*9.81+250/0.9+31.17=426.7J/kg Ne=We*M=426.7*25*900/3600=2.667kw

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