流体流动及输送机械(讲解版)

单元测试一：流体流动及输送机械
一、填空题
1. 流体在圆形直管做层流流动，管中心最大流速为平均流速得 倍，摩擦系数λ与Re 的关系为 。

2，λ=64/Re ；
2. U 型管压差计指示液为水，若所测压差不变，要使读数R 增大，应更换一种密度比水 的指示液。

小，A B i ()Rg ρρ-=-P P
3. 流体输送机械向流体提供的能量主要用于 和 。

提高流体势能，克服阻力损失；
4. 离心泵前必须先灌泵是因为 。

空气密度小，造成的压差或泵吸入口的真空度小而不能将液体吸入泵内；
5. 用离心泵将地面敞口容器中的碱液送至离地面10m 高处密闭容器中，容器上方真空表读数为P ，现在表的读数增大，其他管路条件不变，则管路总阻力损失将 。

增大，2V H Kq g ρ∆=+P ，g
ρ∆P 减小，导致离心泵工作点向右下移动，流量增大，根据阻力损失计算式可知，h f 增大，压头降低，
6. 已知某泵的特性曲线为He=30-2.4q v 2，则将其与另一台完全相同的泵串联组合后，串联泵的特性曲线为 He=60-4.8q v 2 ，若并联，并联泵的特性曲线为 He=30-0.6q v 2 。

7. 启动离心泵前，应先 和 ，启动往复泵前，必须检查是否打开 。

关闭出口阀，灌泵，出口阀；
8. 某空气转子流量计最大刻度为30 m 3/h ，若用以测量氮气流量（P 、T 相同），则q v,max = m 3/h ，若用以测P=3atm 的空气，则q v,max =
m 3/h 。

30.5，19.32
； 0f V V R V q q C A PM RT q ρρρ=>>==所以 9. 水由敞口高位槽通过一管路流向压力恒定的反应器，当管路上的阀门开度减小（湍流态变为层流态），水流量将 ，摩擦系数 ，管路总阻力损失 。

（增大，减小，不变）减小，增大，不变；莫迪图判断摩擦系数，高位槽与反应器机守方程判断总阻力损失。

10. 用离心泵在两敞口容器间输液，同一管路中，用离心泵输送密度ρ=1.2ρ水的液体，与输水相比，离心泵的流量 ，扬程 ，轴功率 。

（增大，减小，不变）不变，不变，增大；
22222222sin cos /V T a V e q r b c H u c g P ρgq H /ηπαα===，，
11. 对离心泵允许安装高度没有影响的是下列情况中的 D 。

A. 安装处大气压；
B. 输送液体温度；
C. 吸入管道的流动阻力；
D. 排出管道的流动阻力
20V k g f (01)C f (1k)[][]0.50.52p p u H H NPSH NPSH NPSH H g g
ρ---=--=+∆+=++∆+∑∑； 二、简答题
1. 离心泵在开车前为何要先关闭出口阀门？
答：离心泵开动时的瞬时启动电流为正常工作电流的5～7倍，为保护电机，关闭
出口阀以减小负荷，减小电流，防止电极因瞬时电流过大而烧毁。

2. 如图所示：A 、B 、C 三点在同一水平面上，d A ＝d C >d B ，问：（1）当闸阀关闭时，A 、B 、C 三点出的压强哪个大？那个小？或相等？（2）当阀门打开，高位槽水位不变，A 、B 、C 三点出的压强、流量、流速哪个大？那个小？或相等？或不能判断？
提示：（1）根据静力学方程P A =P B =P C ；（2）根据连续性方程可知：q V A = q VB = q VC ；
U A =U C <U B ；根据能量守恒定律：P A >P C ，P A >P B ，而P C 与P B 大小不能判断。

三、计算题 1. 如图所示，用离心泵将水从敞口贮水池输送到敞口高位槽中，已知高位槽的水面离贮水池的水面高度保持为10m ，输送水量用孔板流量计测得。

孔板安装在离高位槽水面0.8m 处，孔径为20mm ，孔流系数为0.61。

管路为φ57×3.5mm 的钢管，直管长度和局部阻力当量长度之和(包括孔板局部阻力当量长度)为250m ，其中贮水池至孔板前测压点A 的直管长度和局部阻力当量长度之和为50m 。

水的密度为1000kg/m 3，粘度为1cp ，摩擦系数近似为λ=0.3164/Re 0.25。

U 形管中指示液均为水银，其密度为13600kg/m 3。

当水的流量为6.86m 3/h 时，试确定：(1)水通过泵所获得的外加能量为多少J/kg?（8分）
(2)在孔板前测压点A 处安装的U 形管压力计中指示液读数R 1为多少cm?（6分）
(3)孔板流量计的U 形管中指示液读数R 2为多少cm? （6分）
解：⑴ u=q v /(0.785d 2)=6.86/(0.785×0.052×3600)=0.971m/s
Re=0.05×0.971×1000/(1×10-3)=48550
λ=0.3164/Re 0.25=0.1364/485500.25=0.0213
取贮水池液面为1-1截面，高位槽液面为2-2截面，列柏努利方程式：
Z 1g+p 1/ρ+u 12/2+he= Z 2g+p 2/ρ+u 22/2+∑h (f 1 – 2)
he=Z 2g +∑h (f 1 – 2)= Z 2g +λ[(l+∑le )/d](u 2/2)
=10×9.81+0.0213×(250/0.05)×(0.9712/2) =98.1+50.2=148.3J/kg
（2）以A 点为2′-2′截面，在1-1与2′-2′截面间列柏努利方程式
Z 1g+p 1/ρ+u 12/2+he= Z 2′g+p 2′/ρ+u 2′2/2+∑h (f 1 – 2′)
(p 2′-p 1)/ρ=(p A -p a )/ρ= he - Z 2′g -(u 2/2)-λ[(l+∑le )/d](u 2/2)
=148.3-9.2×9.81-0.9712/2-0.0213(50/0.05)(0.9712/2)
=148.3-90.252-0.4714-10.04=47.53J/kg ； p A -p a =47.53×1000=47.53×103N/m 2
R 1=(p A -p a )/[g(ρi -ρ)] =47.53×103/[9.81×(13600-1000)]=0.3846m=38.46cm
（3）根据q v =C 0A 0[2gR 2 (ρi -ρ)/ρ]0.5； R 2=(q v /C 0A 0)2ρ/[2g(ρi -ρ)]
式中: C 0=0.61，A 0=0.785×0.022=3.14×10-4m 2；q v =6.86/3600 m 3/s ，
cm 40m 4.0)
100013600(81.921000)1014.361.03600/86.6()(g 2)A C /q (R 24i 200V 2==-⨯⨯⨯⨯⨯⨯=ρ-ρρ=-
2、用离心泵由敞口槽向密闭高位槽送料，特定转速下，泵特性方程为H=42-7.56×104q V 2，（q V 单位m 3/s ），当输送水时，在管内的流量q V =0.01m 3/s 。

现新工况下改送密度为1260kg/m 3的水溶液（其他性质和水相近），密闭容器内维持表压118 kPa 不变，流动均进入阻力平方区，试求：（1）试作图画出新老工况下工作点的变动情况，并说明理由；（6分） （2）求输送溶
液时的流量和有效功率；（10分）
（3）若将高位槽改为常压，还是输送水，则此时送水量为多少m 3/s ？（4分）
解：(1)本题中，泵的特性曲线不变，由于处于阻力平方区则管路特性曲线方程中的K 不变，22V V 248()[]l d H Kq q g g d g λζρρπ+∆∆=+=+∑P P ，由于密闭高位槽表压不变，输送流体密度变大，则总势能ΔP/(ρg)变小（位能不变，压强能变小），管路特性曲线下移，工作点从图中可看出，向右下移动（M 1到M 2），流量增大，压头降低。

(2)输送清水时，设管路特性曲线方程为：
3
222V V V 11810122410009.81H Kq Kq Kq g ρ∆⨯=+=++=+⨯P
联立泵特性曲线方程He=42-7.56×104q V 2，H=He ，当q V =0.01时，得K=1.04×103 S 2/m 5。

当输送溶液时，K 值不变，管路特性曲线方程为：
3
23232
V V V 11810'12 1.041021.55 1.0410(')12609.81H Kq q q g ρ∆⨯=+=++⨯=+⨯⨯P
此方程与泵特性曲线方程联立，可求得输送溶液时的流量V 'q
42-7.56×104（q V ’）2=21.55+1.04×103（q V ’）2；得q V ’=0.01066 m 3/s ，
He=42-7.60×104×0.010662=33.36 m ，
泵有效功率e 4.39e V P gq H kW ρ==
（2）高位槽为常压时，管路特性曲线方程发生变化，压强差△p=0，只有位能差，方程变为：
23232
e V V V 12 1.041012 1.0410('')H Kq q q g ρ∆=+=+⨯=+⨯P 再与泵的特性曲线方程He=42-7.56×104(q V ’’)2联立，得q V ’’=0.0129 m 3/s 。