习题课(计算题)x1
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、计算题(20 分)如附图所示的输水管路系统,用泵将低位槽中的水输送到高位槽,两槽均敞口,总管路长度为120m (包括所有局部阻力的当量长度)。
现利用U型管压差计测得管路中A、B两点的压强差为。
已知管子的规格为894.5mm ,A、B间管长为设输送条件下水的密度为60m (包括两点间的全部局部阻力的当量长度)1000kg/m 3,黏度为s,摩擦系数入=,寸见附图。
试求:(1)管路中水的流量; (2)离心泵的有效功率。
其他尺解:(1)(10分)在A、B两点间列柏努利方程: 因为Z B-Z A=1.0m,又因为所以所以(2)(10分):gz12u1 P1 2其中, 所以gz AU A =U B,h fA2u A P A2p A-p B=,所以B 9.81h fAgz B1.0u .;2dd 2u4以低位槽液面为截面z2-Z1=3.0m,2U B P B20.05 1061000l u2h fA B (3分)40.19 J/kg (2分)(3分)2 0.08 40.190.024 602.11m/s (1分)3 14 20.08 2.11 0.0106 m3/s=38.16 m 3/h (1分)1-1 '以高位槽液面为截面2-2',在两截面间列柏努利方程: W e gz2U1=U2=0,h f 1 2w e g z22u22P2h f (4分)P1=P2,l u2而管路阻力为2120 2.1120.024 80.14 J/kg (2分)0.08 2h f1 2 9.81 3 80.14 109.57J/kg (2分)N e w e V s 109.57 0.0106 1000 1161.44 W= (2分)、计算题(20 分)用离心泵将水从敞口储槽送至水洗塔的顶部,槽内水位维持恒定,各部分相对位置如本题附图所示。
管路的直径均为0 76X 2.5mm。
在操作条件下,泵入口处真空表的读数为x 103 Pa;水流经吸入管与排出管(不包括喷头)的能量损失可分别按》h fi=2u2与》h f2=10u2计算。
由于管径不变,故式中u为吸入或排出管的流速m/s。
排水管与喷头处的压强为x 103 Pa (表压)。
求泵的有效功率。
(水的密度取为i000 kg/m 3)解:(1)水在管内的流速与流量设储槽水面为上游截面 1-1 /,真空表连接处为下游截面 2-2 /,并以截面1-1 /为基准水平面。
在两截面间列柏努利方程。
式中 乙=0, Z 2 = 1.5 m , p 1 = 0 (表压),p 2 = x 103 Pa (表压), U 1 ~0,2 hn=2u 2将上列数值代入柏努利方程式,解得水在管内的流速 U 2U 2 .(24.66 9.81 1.5)/2.5 2.0 m/s(3 分)2水的质量流量 ms uA 2— 0.0711000 7.92 kg/s(3 分)4(2)泵的有效功率设储槽水面为上游截面 1-1 /,排水管与喷头连接处为下游截面 2-2/,仍以截面1-1为基准水平面。
在两截面间列柏努利方程。
式中 Z 1 = 0, Z 2 = 14 m , U 1 比 0, U 2 = 2 m/s , p 1 = 0 (表压)(4分)gz 12 U12gz 22U22P2 h f 2(5分)2 2d 1i 36000.08144阻力损失(3 分)(3 )在贮罐液面和高位槽液面之间列柏努利方程,得W e g (Z 2Z 1)2 2 U2U 1 P 2 P 12hg (z 2Z 1)h f1 h f 29.81 12 4.28 142264 J / kgp 2 = x 103Pa (表压),Xhfj 4Shf 2 = + 10u 2 = 12u(4分)将上列数值代入柏努利方程式,解得2W e 9.81 14 98.07 12.5 2285.41 J/kg(3 分)泵的有效功率N e = w e • m s = X = 2260 W(3 分)三、(20分)用离心泵将密度为880kg/m 3的苯从贮罐输送到高位槽,流量为 18m 3/h ,高位槽液面比贮罐内液面高12m ,两液面上方均为大气压,管路的出口在液面之下。
泵吸入管用89mm4mm 的无缝钢管,直管长度为15m ,管路上有一个底阀,l e =6.3m ,—个标准弯头,l e =2.7m ,摩擦系数=;泵排出管用57mm3.5mm 的无缝钢管,直管长度为 50m ,管路装有一 个全开的截止阀,l e =17m , 一个标准弯头,l e =1.6m ,=。
计算(1)吸入管路的阻力损失;(2) 排出管路的阻力损失;(3 )所需泵的轴功率,设泵的效率为 70%。
(1 )吸入管路内的平均流速Q180.97m/ s(2 分)l 11 -he2 U1d 1i0.02915 6.3 2.70.0810.50.9724.28J / kg(3 分)(2 )排出管路内的平均流速Q 18U 2—d ;i 3600 — 0.0524 4阻力损失 2.55m/s(2 分)l 2l 2ed 2i0.03150 171.60.051.02.552142J/kg18d 2苯的质量流量m s V s所需泵的轴功率3600880 4.4kg/sN e m s W e4.4 264 1659W 1.66kW0.7(5分)四、计算题(15分)用离心泵将20C 的水从敞口贮槽送至表压强为150kPa 的密闭容器,贮槽和容器的水位恒定。
各部分相对位置如右图所示。
管道均为 0 108 x 4mm 的无缝钢管,泵吸入管长为20m ,排出管长为100m (各 管段均包括所有局部阻力的当量长度)。
离心泵前后装有真空表和压力表,真空表读数为,两测压口的垂直距离为0.5m ,忽略两测压口间的阻力,摩擦系数取为,水的密度取为 1000kg/m 3。
试求:(1)管路中水的流量 (m 3/h ) ; (2)压强表的读数(kPa,表压); (3)泵的有效功率(kW )。
解:(5分)(1)以敞开贮槽水面为截面 0,以泵入口真空表所在水平面为截面 1,在0-1截面间列伯努利方程:gz 。
2U 。
P ° h f ,0 1(2 分)其中,Z 1 -Z 0=3m , U 0=0,U 1=u, P 0=0kPa (表压),P 1=(表压), h f ,0 1 l u 2 20 u 2 0.02d 2 0.1 2=1000kg/m 3。
(2 分) 将以上数据代入公式得到:u=2.31m/s , Vs=**4*3600=65.28m 3/h (1分)(5分)(2)以泵出口压力表所在水平面为截2,以高位密闭容器中水面为截面3,在2-32U2gZ 32 U 32P 3h f,2 3(2 分)h f,2 3Z 3-Z 2=16-3-0.5=12.5m , U 2=2.31m/s ,U 3=0m/s , P 3=150kPa (表 压), l u 20.022100 2.310.1 253.36 J/kg ,=1000kg/m 3。
(2 分)18将以上数据代入公式得到:d 22P 2=323kPa (表压)其中,Z 2-Z i =0.5m , u i =U 2, P i =(表压),P 2=323kPa (表压), h fJ 2 0J/kg (因为不含管 路,故没有管路阻力损失),=i000kg/m 3。
(2分) 将以上数据代入公式得到:We=kg , Ne=We*Vs* p =*3600*i000/i000=(i 分)五、计算题(20分)用离心泵将密度为i200kg/m 3的液体由敞口贮槽 A 送至高位槽B 。
已知离心泵吸入管路上各 种阻力之和 刀h =i0 J/kg 、输出管路上各种阻力之和 刀h =30 J/kg 。
两槽液面维持恒定,其间垂直距离为20m,每小时液体的输送量为30m 3。
若离心泵效率为,试求:(1) 泵的扬程为多少 (2) 求泵的轴功率为多少解:(1)选贮槽A 、B 的液面分别为截面 1-1' 2-2'以1-1 '面为基准面列柏努利方程2U i Z iPHe z 2 2 UiP 2 H f(5分)2gg2g gz i =0 u i =0 p i =0(表压)Z 2=20mU 2=0P 2=0(表压)H eZ H f Z H fa H fb20 10 3024.1[mH 2O] ( 59.81分)(5分)六、计算题(20分)如图所示,为二氧化碳水洗塔的供水系统, 储槽水面绝对 压强为100kPa ,塔内水管出口处高于储槽水面 20m ,管道规 格为55mm2.5mm ,送水量为15m 3/h ,,塔内水管出口处绝对(5分)(3)在截面1-2间列方程(也可在 0-2,0-3,1-3截面间列方程)2 U i2We gZ 22 U2~2h f,i 2(2 分)N e ⑷点埶 H e ggM/s24.1 9.81 1200 300.65 36003634W 3.634kW七、计算题(20分)压强为225kPa,设系统管路总长度为 35m ,所有局部阻力当量长度之和为 10m ,直管摩擦系数为,求输水泵所需轴功率已知水泵的效率为60,水的密度取1000kg/m 3。
解:以储槽水面为截面 0,以管路出水口为截面 1,在0-1截面间列伯努利方程:=1000kg/m 3。
将以上数据代入伯努利方程可得N e W e m s 373.8 4.17 1559W 1.56kWZ o U 0F Q2g g H eu 12p 1HH f ,0 12g g(5分)其中, Z i -Z o =2Om , u o =O , P o =100kPa , P i =225kPaU 115;60^2.12m/s(2 分)H f,0 10.0520.02535 10 22.1220.059.815.15m(3分)H e2 U 1乙Z o 十2g 2.122202 9.8138.1m2U。
(225 100) 所以H e g38.1 9.81 m s15 1000 3600P 。
f ,0 110001000 9.81373.8J / kg4.17kg/s5.15 20 0.23 12.7 5.2(2 分)(1 分) (2 分)N e1.56 0.62.6kW(2 分)4=1000kg/m 3。
将以上数据代入公式得到:2 2H e乙U 1U 0Z 0P PH f,0 12g 2gg g20 (50 30)*1000 8.1(2分)1000 9.832 m所以H e gV 32 9.8 401000N4.98kW (13600 0.7 1000(10分)(2)根据流速公式:V …U可知,若直径变为原来的73,则流速变为原来的(3/2) 2=. ( 3分)d 2又根据范宁公式:用一离心泵将低位槽(表压强为30kPa )中的水输送到 高位槽(表压强为50kPa ),两槽的水位恒定,高度差为20m 。