流体输送重难点解析.docx
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流体输送重难点解析
§流体流动部分复习提纲
1、流体的性质:
密度、重度、黏度等。
2、流体静力学:
压强:
在垂直方向上作用于流体单位面积上的力,称为流体的静压强,简称压强,计算公式:
;
压强的单位及其换算;压强的表示方式:
表压强=绝对压强-当地外界大气压强,真空度=当地外界大气压强-绝对压强;
流体静力学方程式及其应用:
,该式适用于在重力场中静止、连续的同种不可压缩流体。
利用静力学基本原理可以测量流体的压强、容器中液位及计算液封高度等。
3、流体流动现象:
流体的流速和流量:
流体在流动时,单位时间内通过管道任一截面的流体量称为流体的流量。
表示方法:
体积流量,以qv表示,单位为m3/s;质量流量,以qm表示,单位为kg/s;两者之间的关系为:
qm=qv;单位时间内,流体在流动方向上经过的距离称为流速。
它等于流体的体积流量qv与管道截面积A之比,即
。
定态流动和非定态流动:
在流动过程中,流体在各截面上的温度、压强、流速等参数仅随所在空间位置变化,而不随时间变化,这种流动称之为定态流动;在流动过程中,流体在各截面上的温度、压强、流速等参数不但随所在空间位置而变化而且随时间变化,则称为非定态流动。
流体的流动形态:
层流和湍流。
雷诺数:
,流体在圆形直管内流动时,当Re≤2000时,流动为层流,此区称为层流区;当Re≥4000时,流动为湍流,此区称为湍流区;当2000 4、流体流动的基本方程: 定态流动的物料衡算--连续性方程: ,对于不可压缩流体,=常数,连续性方程可写为 。 对于圆形管道: 。 定态流动系统中的能量衡算--伯努利方程式及其应用: 对于定态系统,系统内的能量积累为0,即: ,该式适用于连续定态流动不可压缩性流体(液体)。 伯努利方程的应用于管道中流量与流速的确定,设备相对位置的确定,流体输送设备所需功率的确定。 5、流动阻力: 直管阻力: 流体流经一定直径的直管时由于内摩擦而产生的阻力,范宁公式: 或 。 层流时: 摩擦系数是雷诺数Re的函数,=64/Re。 湍流时: 。 局部阻力: 流体流经管件、阀门等局部地方由于流速大小及方向的改变而引起的阻力,局部阻力有两种计算方法: 阻力系数法和当量长度法。 6、流量与流速的测量: 测速管(毕托管)、孔板流量计、转子流量计的工作原理及其基本结构。 §流体输送机械部分复习提纲 1、离心泵的结构及工作原理 离心泵的结构: 叶轮,它的作用是将原动机的机械能直接传给液体,提高液体的动能和静压能。 叶轮按其机械结构可分为闭式、半闭式和开式(即敞式)三种。 泵壳,它的作用有汇集液体和转能装置。 轴封装置,它的作用是防止高压液体从泵壳内沿间隙漏出,或外界空气漏入泵内。 常用的轴封装置有填料密封和机械密封两种。 离心泵的工作原理; 气缚现象: 当启动离心泵时,若泵内未能灌满液体而存在大量气体,则由于空气的密度远小于液体的密度,叶轮旋转产生的惯性离心力很小,因而叶轮中心处不能形成吸入液体所需的真空度,这种虽启动离心泵,但不能输送液体的现象称为气缚现象。 2、离心泵的性能参数、特性曲线及其影响因素 离心泵的性能参数: 流量: 它是指泵能输送的液体量。 用符号qv表示,单位为m3/h。 扬程: 它是指单位重量(1N)液体经泵后所获得的能量。 用符号H表示,单位为m液柱。 效率,在液体输送过程中,外界能量通过泵传递给液体,其中不可避免地有能量损失,故泵所作的功不可能全部为液体所获得。 用符号表示。 轴功率,它是指泵轴所需的功率,也就是直接传动时原动机传给泵轴的功率,用符号P表示,单位是W(或J/s)。 离心泵的特定曲线: 离心泵的主要性能参数之间的关系由实验确定,测出的流量与扬程、功率,效率之间的关系曲线称为离心泵的特性曲线或工作性能曲线。 H(扬程)~qv(流量)、P(轴功率)~qv(流量)、(效率)~qv(流量)。 流体物理性质对特定曲线的影响,泵的转速和叶轮直径对特许曲线的影响。 3、离心泵的工作点和流量调节 离心泵的工作点: 管路特性曲线与泵的性能曲线的交汇点为泵的工作点。 离心泵的稳定工作点具有唯一性。 流量调节: 改变泵出口阀的开度--改变管路特性、改变叶轮转速--改变泵的特性和车削叶轮直径 4、离心泵的安装与选型 离心泵的允许安装高度: ,当离心泵的安装高度超过允许安装高度时,将可能发生气蚀现象。 离心泵的选型; 5、离心泵的串并联操作 串联泵: 两台完全相同的泵串联,每台泵的流量与压头相同,则串联组合泵的压头为单台泵的2倍,流量与单台泵相同。 并联泵: 台完全相同的泵并联,每台泵的流量和压头相同,则并联组合泵的流量为单台的2倍,压头与单台泵相同。 6、其他类型的输送机械 往复泵: 结构、主要工作原理、主要性能参数(流量、扬程、功率和效率)、流量调节(旁路调节法和调节活塞的冲程或往复频率),往复泵具有自吸功能。 隔膜泵和计量泵: 结构和工作原理。 旋转泵: 属于容积式泵,它的工作原理是因为泵中转子的旋转作用,排出和吸入被输送液体,故旋转泵亦称为转子泵。 7、常用气体输送机械 气体输送机械的一般特点和分类; 离心式通风机、鼓风机和往复式压缩机的结构特点及其工作原理。 习题 填空题: 1、某设备进、出口测压仪表中的读数分别为p1(表压)=1200mmHg和p2(真空度)=700mmHg,当地大气压为750mmHg,则两处的绝对压强差为1900mmHg。 2、水在变径的管路中作定态流动小管内径为20mm,大管内径为40mm,且小管中的流速为1.6m/s则大管中水的流速为0.4m/s。 3、压强表上的读数表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值,称为表压强。 4、直径为 57mm×3.5mm的细管逐渐扩到 108mm×4mm的粗管,若流体在细管内的流速为4m/s,则在粗管内的流速为1m/s。 5、相对密度为1.8的液体密度为1800kg/m3。 6、离心泵最常用的调节方法是改变出口管路中阀门开度。 7、天津的大气压强分别为101.33kPa,苯乙烯真空精馏塔的塔顶要求维持5.3kPa的绝对压强,则真空表上读数为96.03kPa。 8、密度为1000kg/m3的流体,在φ108×4的管内流动,流速为2m/s,流体的粘度为1cp,其Re为2×105。 9、离心泵的安装高度有一定限制的原因主要是防止产生气蚀现象。 10、流体在圆形直管中作层流流动时,其速度分布是抛物线型曲线。 其管中心最大流速为平均流速的2倍,摩擦系数λ与Re关系为64/Re。 11、相对密度为1.5的液体密度为1500kg/m3。 12、流体的流动型态分为层流和湍流两种。 选择题: 1、水以2m·s-1的流速在φ35mm×2.5mm钢管中流动,水的粘度为1×10-3Pa·s,密度为1000kg·m-3,其流动类型为(A)。 A、湍流;B、层流;C、过渡流;D、不确定; 2、某厂要安装一根输水量为45m3/h的管道,已知水流速为1.5m/s则管径应为(C)。 A、100mm;B、200mm;C、103mm;D、105mm; 3、往复泵的往复次数增加时,流量,扬程。 (C) A、增加、增加;B、减小、增加;C、增加、不变;D、减小、减小; 4、水以5m·s-1的流速在φ38mm×4mm钢管中流动,水的粘度为1×10-3Pa·s,密度为1000kg·m-3,Re数大小为。 (A) A、1.5×105;B、2.0×105;C、1.0×105;D、2.5×105; 5、往复泵的流量调节可采用(B)。 A、在出口加装调节阀门;B、在旁路加装调节阀门;C、改变叶轮直径;D、改变转速; 6、局部阻力的计算方法有和。 (C) A、静力学方程、伯努利方程;B、连续性方程、伯努利方程; C、当量长度法、阻力系数法;D、伯努利方程、能量守恒方程; 7、开口U管压差计是基于原理的测压装置。 (D) A、连续性方程;B、伯努利方程;C、能量守恒方程;D、静力学方程; 8、转子流量计的转子位子越高,流量。 (A) A、越大;B、越小;C、不变;D、不知道; 9、在稳定流动过程中,流体流经各等截面处的体积流量。 (C) A、越大;B、越小;C、相等;D、不知道; 判断题: 1、液体的液封高度的确定是根据流体静力学方程式。 (T) 2、离心泵的工作点是指与泵最高效率时对应的点。 (F) 3、离心泵的轴功率P和流量qv的关系为随着P的增大,qv先减小后增大。 (F) 4、启动往复泵前其出口阀必须先打开。 (T) 5、流体流动中能量损失的根本原因在于流体存在着黏性。 (T) 6、计量泵的工作原理是利用工作室容积的变化输送流体。 (T) 7、对离心泵停车时先停电机,再关闭出口阀。 (F) 8、设备真空度越高,说明设备内压强越高。 (F) 9、流体在圆形直管中流动时,若其已进入完全湍流区,则摩擦系数λ与雷诺数Re的关系为Re增加,λ基本上不变。 (T) 10、离心泵的扬程随着流量的增加而减小。 (T) 11、离心泵与往复泵的相同之处在于流量调节方法。 (F) 12、离心泵的主要部件有泵壳、叶轮、轴封装置。 (T) 13、某塔高30m,进行水压试验时,离塔底10m高处的压力表的读数为500kPa。 那么塔顶处水的压强为304kPa(表压)。 (T) 14、离心泵的特性曲线有H(扬程)~qv(流量)、P(轴功率)~qv(流量)和(效率)~qv(流量)。 (T) 15、某设备的表压强为100kPa,则它的绝对压强为201.33kPa;另一设备的真空度为400mmHg,则它的绝对压强为48kPa。 (当地大气压为101.33kPa)。 (T) 16、离心泵的泵壳制成蜗壳状,其作用是防止气缚现象发生。 (F) 17、离心泵启动前需要先向泵内充满被输送的液体,否则将可能发生气缚现象,而当离心泵的安装高度超过允许安装高度时,将可能发生气蚀现象。 (T) 18、某设备的真空表读数为200mmHg,则它的绝对压强为-4.43×105Pa。 当地大气压强为1.01×105Pa。 (T) 19、在国际单位制中黏度的单位是Pa·s。 (T) 20、往复泵适应于流量较小、压头较高的场合。 (T) 21、往复泵有自吸作用,安装高度没有限制。 (F) 22、若某离心泵的叶轮转速足够快,且设泵的强度足够大,则理论上泵的吸上高度Hg可达无限大。 (F) 计算题: 1/某化工厂用泵将敞口碱液池中的碱液(密度为1100kg/m3)输送至吸收塔顶,经喷嘴喷出。 泵的入口管为φ108×4mm的钢管,管中的流速为1.2m/s,出口管为φ76×3mm的钢管。 贮液池中碱液的深度为2.0m,池底至塔顶喷嘴入口处的垂直距离为18m。 碱液流经所有管路的能量损失为32.0J/kg(不包括喷嘴),在喷嘴入口处的压力为30.0kPa(表压)。 设泵的效率为60%,试求泵所需的功率。 解: 取碱液池中液面为1-1′截面,塔顶喷嘴入口处为2-2′截面,并且以1-1′截面为基准水平面。 在1-1′和2-2′截面间列伯努利方程 或 其中: z1=0;p1=0(表压);u1≈0 z2=18-2=16m;p2=30.0×103Pa(表压) 已知泵入口管的尺寸及碱液流速,可根据连续性方程计算泵出口管中碱液的流速: m/s ρ=1100kg/m3,ΣEf=32.0J/kg 将以上各值代上式,可求得输送碱液所需的外加能量 碱液的质量流量 泵的有效功率 泵的效率为60%,则泵的轴功率 2、用油泵从密闭的容器中送出20℃的戊烷。 容器内戊烷液面上的绝对压力为3.50×105Pa。 液面降到最低时,在泵中心线以下2.8m。 戊烷在30℃时密度为600kg/m3,饱和蒸汽压为3.55×105Pa。 泵吸入管口的压头损失为1.8m水柱,所选用的泵气蚀余量为3m,请问该泵是否能正常工作,并指明原因。 解: 已知pa=3.50×105Pa,pv=3.55×105Pa △h允=3mρ=600kg/m3∑Hf=1.8m -5.65m<2.8m所以不能完成输送任务。 3、如附图所示,从高位槽向塔内进料,高位槽中液位恒定,高位槽和塔内的压力均为大气压。 送液管为φ45×2.5mm的钢管,要求送液量为4.0m3/h。 设料液在管内的压头损失为1.5m(不包括出口能量损失),试问高位槽的液位要高出进料口多少米? 解: 其中: z1=h;因高位槽截面比管道截面大得多,故槽内流速比管内流速小得多,可以忽略不计,即u1≈0;p1=0(表压);H=0 z2=0;p2=0(表压);ΣHf=1.5m 将以上各值代入上式中,可确定高位槽液位的高度 4、用离心泵将蓄水池中的水送到高位槽中,水池液面与高位槽液面间的垂直距离为40m,定态流动。 输水管直径内径为160mm,管路中直管总长为1200m,所有局部阻力的当量长度为50m。 若泵的流量为100m3/h,泵的效率为60%,摩擦系数为0.05,水的密度取1000kg/m3。 求泵的轴功率。 解: 在两液面间列伯努利方程式 由 带入数据∑Ef=373.03J/kg 由伯努利方程: 5、如附图所示,水在水平管道内流动。 为测量流体在某截面处的压力,直接在该处连接一U形压差计,指示液为水银,读数R=350mm,m=950mm。 已知当地大气压为101.3kPa,水的密度 kg/m3,水银的密度 kg/m3。 试计算该截面处的压力。 解: 图中选A-A′面为等压面,即 而: 于是: 则截面处绝对压力 =45284.9Pa 6、采用实验装置来测定离心泵的性能。 泵的吸入口与排出管具有相同的直径,两测压口间垂直距离为0.7m。 泵的转速为3000r/min。 以20℃清水为介质测的以下数据: 流量为54m3/h,泵出口处表压为260kPa,入口处真空表读数为27.0kPa,功率表测得所消耗功率为6.5kw,泵有电动机直接带动,电动机的效率为95﹪,试求该泵在输送条件下的扬程、轴功率、效率。 (因两测压口很短,期间流动阻力可忽略不计) 解: (1)在真空表和压力表所处位置的截面分别以1-1’和2-2’表示列柏努利方程式,即 因两测口的管路很短,其间流动阻力可忽略不计,即 ,所以 =0.7+[(260+27.0)×103]/(1000×9.81)+0 =29.96m (2)电动机消耗功率 电动机效率=6.5 0.95=6.175kw, 泵的轴功率为P=6.175kw (3)泵的效率
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