2.3　名校考研真題詳解

一、選擇題

1在一定的管路輸送系統(tǒng)，將兩個相同的泵串聯(lián)操作，工作點壓頭（　　），并聯(lián)操作，工作點流量（　?。?。[華南理工大學2011研]

A．等于單臺泵工作時的兩倍

B．小于單臺泵工作時的兩倍

C．大于單臺泵工作時的兩倍

D．不確定

【答案】B；B

【解析】因為泵串聯(lián)后一方面揚程的增加大于管路阻力的增加，富余的揚程促使流量增加，另一方面流量的增加又使阻力增加，抑制了總揚程的升高。串聯(lián)性能曲線相當于單泵性能曲線的流量在揚程相等的情況下迭加起來。并聯(lián)工作點A的流量和揚程均比單泵工作點的大，但考慮管阻因素，同樣達不到單泵時的2倍。

2某泵在運行一年后發(fā)現(xiàn)有氣縛現(xiàn)象，應(yīng)（　?。?。出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象，應(yīng)（　　）。[華南理工大學2011研]

A．升高泵的安裝高度

B．縮小進口管路直徑

C．檢查進出口管路有無泄漏現(xiàn)象

D．檢查核算進口管路阻力是否過大

【答案】C；D

【解析】氣縛應(yīng)檢查進出口管路有無泄漏，而汽蝕則應(yīng)降低離心泵的安裝高度或檢查進口管路阻力是否過大。

二、填空題

1將含晶體10%的懸浮液送往料槽宜選用______泵；該泵在運行過程中發(fā)現(xiàn)有氣縛現(xiàn)象，應(yīng)該采取的措施是：______。（寫出一種措施）[浙江大學2011研]

【答案】離心；停泵，關(guān)閉出口閥向泵內(nèi)充滿液體

【解析】離心泵適用于輸送腐蝕性或含有懸浮物的液體，所以將含晶體10%的懸浮液送往料槽宜選用離心泵。氣縛現(xiàn)象是由于離心泵啟動前泵內(nèi)存有空氣，由于空氣的密度很小，因而葉輪中心區(qū)所形成的低壓不足以將儲槽內(nèi)的液體吸入泵內(nèi)。因此當發(fā)生氣縛現(xiàn)象時，要停泵然后關(guān)閉出口閥再向泵內(nèi)充滿液體。

2往復(fù)泵的流量取決于______，而壓頭取決于______。[北京化工大學2012研]

【答案】泵的幾何尺寸與活塞的往復(fù)次數(shù)；管路特性

【解析】往復(fù)泵的流量只與泵的幾何尺寸和活塞的往復(fù)次數(shù)有關(guān)，而壓頭與管路特性有關(guān)。

3離心泵的性能參數(shù)是：______，______，______，______，特性曲線是：______，______，______。[中山大學2011研]

【答案】壓頭；流量；軸功率；效率；流量壓頭曲線；流量軸功率曲線；流量效率曲線

【解析】離心泵的主要性能參數(shù)包括：流量、壓頭、效率、軸功率。離心泵的特性曲線包括：流量壓頭曲線、流量軸功率曲線、流量效率曲線。

4根據(jù)理論泵的比例定律，離心泵的轉(zhuǎn)速增加1倍，則流量是原來的______倍，壓頭是原來的______倍。[華南理工大學2012研]

【答案】2；4

【解析】離心泵轉(zhuǎn)速的影響：

Q₁/Q₂＝n₁/n₂，H₁/H₂＝（n₁/n₂）²，N₁/N₂＝（n₁/n₂）³

5用離心泵輸送某種液體，離心泵的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)速一定時，其輸送量取決于______。[北京化工大學2016研]

【答案】液體的密度和黏度

【解析】離心泵性能的影響因素有三個：①液體的密度和黏度；②離心泵轉(zhuǎn)速的影響；③離心泵葉輪直徑的影響。則當離心泵的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)速一定時，其輸送量取決于輸送液體的密度和黏度。

三、計算題

1如圖2-3-1所示，用離心泵將10℃的水由儲水池輸送到高位槽，兩液面維持16m，吸入管路與排出管路的管徑均為?55×2.5mm，管子長度（包括局部阻力當量長度在內(nèi)）為28m，摩擦系數(shù)λ＝0.025，AB段直管段長度為6m，其兩端所裝U型壓差計讀數(shù)R＝40mm（指示液是汞，ρ₀＝13600kg/m³），試求：

（1）水在管內(nèi)的流速及輸水量；

（2）水在管內(nèi)的流動類型；

（3）輸送泵損壞，現(xiàn)庫存有一臺離心泵，在輸水量范圍內(nèi)，泵的性能曲線方程為H＝25－7.2×10⁴Q²，式中H為揚程，m水柱，Q為流量，m³/s，泵的效率為60%，通過計算說明泵能否滿足要求，操作時泵的軸功率為多少？

注：水的密度近似取為1000kg/m³，水的黏度為130.53×10^－5N·s/m²。[四川大學2009研]

圖2-3-1

解：（1）在A-A′→B-B′列伯努利方程

又根據(jù)A、B處壓差計可知

p_A－p_B＝（ρ_汞－ρ）gR

所以（ρ_汞－ρ）gR/ρ＝λl_ABu²/2d，則

輸水量為

V＝uA＝1.8×π×0.05²/4＝0.003533m³/s

（2）根據(jù)雷諾數(shù)來判斷

Re＝duρ/μ＝0.05×1.8×1000/（130.53×10^－5）＝68949.67＞4000

可知為湍流。

（3）依題意求出管路特性曲線

聯(lián)立泵的特性曲線

16＋1.85×10⁵Q²＝25－7.2×10⁴Q²

求得Q＝0.00591m³/s，H_e＝22.481m。

則有效功率為

P_e＝ρgH_eQ＝1000×9.81×22.48×0.00591＝1303.383W

所以軸功率為

P＝P_e/η＝2172.305W

2如圖2-3-2所示，從水池用離心泵向一密閉高位槽送溶液，在輸送范圍內(nèi)，離心泵在該轉(zhuǎn)速下的特性曲線方程為H＝38－0.02Q²（Q單位為m³/h，H單位為m）。輸送管路的管徑為?60×3mm，管路總長（包括除出口閥門以外其余局部阻力的當量長度）為60m，離心泵出口閥門全開時輸液量為21m³/h，阻力系數(shù)為10?，F(xiàn)將離心泵出口閥門關(guān)小，孔板流量計的U型管壓差計讀數(shù)為原來的0.8倍，已知水池和高位槽液面均維持穩(wěn)定，操作條件下溶液密度為1260kg/m³，閥門開度變化前后，管內(nèi)流動摩擦系數(shù)均為λ＝0.02，孔板的孔流系數(shù)C₀保持不變。試計算：

（1）將離心泵出口閥門關(guān)小后，此時泵的有效功率。

（2）將離心泵出口閥門關(guān)小后，該開度下閥門的阻力系數(shù)。[華南理工大學2011研]

圖2-3-2

解：（1）已知H＝38－0.02Q²，λ＝0.02，d＝0.054m，ρ＝1260kg/m³，L_d＝60m，V_s＝21m³/h，則管內(nèi)液體的流速

u＝4V_s/（πd²）＝9174.07m/h＝2.55m/s

泵的揚程

H_e＝38－0.02×21²＝29.18m

在水池截面1-1和高位槽截面2-2列伯努利方程，以水池截面為參考面，則

其中z₂，z₁，p₁，p₂均為定值，u₁＝u₂＝0。

當閥門減小R′＝0.8R，即（p_a－p_b）′＝0.8（p_a－p_b）。

小孔處的流速

所以

又

且V_s＝πd²u/4，因此

V_s′＝0.8944×21＝18.78m³/h

H_e′＝H′＝38－0.02×18.78²＝30.95m

則有效功率為

P_e＝ρgH′V_s′＝1260×9.81×30.95×18.78/3600＝1.996kW

（2）閥門全開時

H_e－H_e′＝H_f1-2－H_f1-2′

其中H_f1-2＝（0.02×60/0.054＋10）×2.55²/（2×9.81）＝10.68m，u′＝2.28m/s。

而H_f1-2′＝（0.02×60/0.054＋ξ′）×2.28²/（2×9.81）＝5.888＋0.265ξ′。

代入上式得

29.18－30.95＝10.68－5.888－0.265ξ′

ξ′＝24.76

3如圖2-3-3所示，用離心泵將水由低位槽送至高位槽，兩槽均為敞口。泵吸入管路為?57×3.5mm，管長10m；壓出管路中AB段為?57×3.5mm，管長為20m，BC段為?48×4mm，管長為20m，其中DB與BE的管長均為2m（均包括局部阻力的當量長度），D、E截面間的垂直距離為1.5m。若管路中的摩擦系數(shù)均為0.03，U型壓差計的示數(shù)為120mmHg（水銀的密度為13600kg/m³），試計算：

（1）D、E截面間的壓強差；

（2）水在管內(nèi)的流量，m³/h；

（3）若水從高位槽沿同樣的管路流向低位槽，保持水流量不變，是否需要泵？計算說明。[北京化工大學2016研]

圖2-3-3

解：（1）由U型壓差計計算壓強的公式，得D、E截面間的壓強差為

Δp_DE＝ΔρRg＋ρ_水gh_DE＝（13600－1000）×0.12×9.81＋1000×9.81×1.5＝29547.72Pa

（2）在D所在的橫截面和E所在的橫截面列伯努利方程

式中，z_E－z_D＝1.5m，p_D－p_E＝29547.72Pa，u_D/u_E＝（d_E/d_D）²＝0.64。

DE間的阻力損失為

解得u_E＝3.39m/s，u_D＝2.17m/s。所以水在管內(nèi)的流量為

V＝πd²u/4＝3.14×0.04²×3.39×3600/4＝15.33m³/h

（3）若流量相同，則流速不變，泵吸入管路和AB管路流速都是u₁＝2.17m/s，DC管路流速為u₂＝3.39m/s。管路總的壓頭損失

此時，有勢能差可提供的能量為z＝15m＞13.11m，所以不需要水泵。