Тема 1 из серии по подготовке к экзамену для специалистов-химико-технологов: потоки жидкостей, оборудование для транспортировки жидкостей
Thread Content
Последнее изменение в этом посте было сделано пользователем zhanghp30 19.10.2018 в 23:15. 1. Экспертные знания: (1) Знания, связанные с статическим давлением жидкостей и поверхностями одинакового давления: см. главу 1 книги «Основы химической инженерии» Тяньцзиньского университета, а также соответствующие разделы в материалах Ассоциации по проектированию в нефтехимической промышленности. Часто задаются вопросы с несколькими вариантами ответов; при определении понятий легко допустить ошибки, поэтому необходимо быть осторожным! (2) Расчет плотности жидкости: с газами всё просто — p = PM/RT. Также можно использовать формулу, основанную на стандартных условиях: p = M·T0·P / (22,4·T·P0). Этот вопрос часто встречается на экзаменах ； (3) Понятие общей потенциальной энергии/механической энергии: сумма потенциальной энергии и энергии давления составляет общую потенциальную энергию ； Сумма кинетической и полной потенциальной энергии составляет механическую энергию ； (4) Проточные метры с трубкой Вентури, проточные метры с отверстной пластиной, роторные проточные метры: учитывайте их особенности; часто встречаются вопросы с несколькими вариантами ответов ； (5) График коэффициента трения в зависимости от числа Рейнольдса и относительной шероховатости: «Основы химической технологии», Тяньцзиньский университет (часть 1, стр. 53–54). Обратите внимание на особенности различных зон; часто задаются вопросы с несколькими вариантами ответов ； (6) Потери на сопротивление: включают в себя сопротивление в прямых трубах и локальное сопротивление. Сопротивление прямой трубы — это сопротивление, возникающее при прохождении жидкости через прямую трубу; оно обусловлено внутренними вязкими силами, приводящими к потере энергии, что проявляется в снижении общей потенциальной энергии ； Локальное сопротивление — это сопротивление, возникающее при протекании жидкости через фитинги и клапаны, а также в тех местах, где площадь сечения трубы резко увеличивается или уменьшается. Потери напора в прямых трубах распределяются равномерно вдоль их длины, тогда как локальные потери напора возникают в местах нахождения фитингов и клапанов. Часто появляются вопросы с несколькими вариантами ответов, обратите внимание! (7) Резкое увеличение/уменьшение коэффициента сопротивления: при резком увеличении берется 1,0 ； Значение для уменьшения — 0,5. Обратите внимание: этот момент часто встречается при расчетах в гидравлике. В заданиях часто не указывается это условие, и именно здесь наблюдается высокий процент ошибок на протяжении многих лет. Поскольку в экзаменах много расчетных задач, игнорирование этого факта может привести к целой серии ошибок. Необходимо уделять этому особое внимание! (8) Расчет эквивалентного диаметра: d = 4R, где R = A/PAI. Эквивалентный диаметр в 4 раза превышает гидравлический радиус; гидравлический радиус равен площади поперечного сечения, деленной на периметр поверхности, с которой происходит смачивание. Следует учитывать, что для разных форм (квадратная, круглая и т. д.) способ расчета гидравлического радиуса отличается ； (9) Расчет сетей трубопроводов в последовательной и параллельной связи: включает расчет расхода и сопротивления, особое внимание уделяется методу расчета сопротивления в параллельных сетях; этот вопрос часто встречается на экзаменах ； (10) Кривая характеристик центробежного насоса, закон пропорциональности, закон сечения: обязательно нужно знать! (11) Расчет высоты установки центробежного насоса: (а) По допустимой вакуумной прочности всасывания: Hg = Hs’ – u²/2g – Zf, где Hs’ = Pa – P1/pg. Обычно в условиях задачи указывается значение Hs при температуре 20°C; для нахождения значения Hs’ достаточно использовать соответствующие формулы для Hs и Hs’. Разница между этими двумя значениями позволяет определить Hs’. Этот вопрос часто встречается в экзаменах! (b) Расчет по запасу против кавитации: Hg=(P0-Pv)/pg-NPSHa-Zf. Обратите внимание, что NPSHa представляет собой эффективный запас против кавитации, который определяется в ходе гидравлических расчетов технологической системы! Обычно это 1,2–1,3 NPSHr; значение NPSHr является обязательным показателем запаса против абсцессии, установленным производителем! В общем случае, если условия, указанные в задании, соответствуют состоянию насыщения или кипения, то P0 = Pv. Следовательно, Hg = -NPSHa – Zf. В случае обратного принудительного циркуляции необходимо ещё немного снизить фактическую высоту установки (на 0,5 м). То же самое касается и случая принудительного всасывания – высоту также нужно снизить на 0,5 м. Обратите внимание на условия, указанные в задании, и применяйте соответствующие корректировки Этот вопрос является ключевым в экзаменах на протяжении многих лет! (12) Расчет мощности центробежного насоса: Pe = P * H (коэффициент эффективности); Pe = p * g * He * Qv; Pe = QH * p / 102 * H ； Его можно найти с помощью уравнения белых усилий ； Обратите внимание на понятие пресс-головки ； (13) Влияние плотности и вязкости на расход, давление, мощность вала и КПД: у центробежных насосов давление, расход и КПД не зависят от плотности, тогда как мощность вала изменяется с изменением плотности (Pe = QHp/102H); при увеличении вязкости жидкости снижаются расход, давление и КПД, а мощность вала увеличивается. Этот момент необходимо тщательно запомнить — будут вопросы с несколькими ответами! (14) Уравнения характеристик трубопроводов и насосов/Серийное и параллельное соединение центробежных насосов: при серийном соединении двух насосов одинаковой модели расход жидкости будет больше, чем у одного насоса, но давление будет меньше вдвое по сравнению с давлением, создаваемым одним насосом ； Параллельное соединение приводит к увеличению давления, но расход будет меньше вдвое по сравнению с одним устройством. Как правило, для систем с низким сопротивлением параллельное соединение предпочтительнее, чем последовательное; для систем с высоким сопротивлением — наоборот. Обратите внимание на вопросы с несколькими вариантами ответа ； Точка пересечения кривой трубопровода и кривой насоса является точкой работы центробежного насоса; в этот момент Q = Qe, H = He. При соединении насосов параллельно имеем He = H, Qe = Q/2; при соединении насосов последовательно — Qe = Q, He = 2H. Эта тема часто встречается в вопросах! Обязательно освойте! (15) Помпы с возвратно-поступательным движением (помпы с постоянным объемом перекачиваемой жидкости): высота напора определяется способностью трубопровода выдерживать давление и не зависит от геометрических размеров помпы. Способность к сливу жидкости зависит от геометрических размеров насоса и перемещения поршня, а не от высоты давления и характеристик трубопроводов ； Способ регулировки: байпасная регулировка ； Изменение хода поршня и количества ходов. Обратите внимание на условия применения различных типов насосов с положительным объемным расходом (таких как шестеренчатые насосы, насосы с винтовыми гребнями и т. д.) и на методы расчета давления. Особое внимание следует уделить тому, что насосы с винтовыми гребнями не подходят для использования в формуле Бейли! (16) Центробежный вентилятор: N=Ht*Q/1000H, где Ht — давление воздуха; Ht=(p2-p1)+p*u2/2. Следует иметь в виду, что при выборе вентилятора обычно используются значения, рассчитанные при температуре 20°C. В этом случае формула выглядит так: Ht=Ht’*1,2/p’. Помните, что Ht’ и p’ — это давление и плотность воздуха в реальных условиях. 【Прогноз вопросов к экзамену】 1. При стационарном течении воды в цилиндрической трубе, при постоянном массовом расходе воды, каково будет значение Re летом по сравнению с зимой? A. Увеличится B. Уменьшится C. Останется прежним D. Невозможно определить. 2. Во время эксперимента по изучению характеристик центробежного насоса молодой человек обнаружил, что после запуска насоса из выходного отверстия не течет вода. Давление вакуума на входе в насос было очень высоким. Он сам не мог понять причину, поэтому обратился за помощью к старшему коллеге по группе – Ли. Тот выяснил причину и устранил неисправность. Сможете ли вы, будущий сертифицированный инженер-химик, найти причину? А. Высокая температура воды. Б. Пробка в впускной трубе. В. Поврежден прибор для измерения вакуума. Г. Пробка в выпускной трубе.3. Что касается соединения центробежных насосов последовательно и параллельно, то неверным является утверждение: А. При соединении двух одинаковых насосов в параллель, пропускная способность системы увеличивается, но сопротивление потока также увеличивается. Б. При соединении двух одинаковых насосов последовательно, каждый насос работает при более высоком расходе и более низком давлении. В. Когда уровень жидкости в впускном отверстии сильно меняется, можно использовать два или несколько насосов в последовательном соединении в зависимости от значения давления. Г. Чем больше насосов подключено параллельно, тем больше увеличивается пропускная способность.
4. Чтобы предотвратить кавитацию в центробежном насосе, неверным является следующее мероприятие: А. Насос должен находиться как можно ближе к источнику жидкости. Б. Диаметр впускной трубы должен быть больше, чем диаметр выпускной трубы. В. Необходимо уменьшить количество изгибов в впускной трубе и избегать ненужных фитингов. Г. На впускной трубе необходимо установить клапан для регулировки расхода жидкости.
5. В системе трубопроводов центробежного насоса при работе одного насоса пропускная способность составляет qV, а давление — He. Если соединить два насоса одинаковой модели в последовательное соединение, пропускная способность будет равна qV’, а давление — He’. При параллельном соединении пропускная способность будет равна qV’’, а давление — He’”. Тогда: А. qV’ = qV, He’ = He, qV’’ = 2qV, He’’ = He. Б. qV’ > qV, He’ > 2He, qV’’ > 2qV, He’’ > He. В. qV’ = 2qV, He’ = He, qV’’ = qV, He’’ = 2He. Г. Все зависит от условий работы трубопровода.
Это мои личные выводы по данной теме. Надеюсь, они помогут вам в изучении материала.
2. Знания по примерам: (1) Имеются два параллельных трубопровода ADB и ACB. Длина трубопровода ADB составляет 50 м, а длина трубопровода ACB — 5 м (эта величина включает длину фитингов, но не включает эквивалентную длину клапанов). Диаметр обоих трубопроводов равен DN80. Коэффициент сопротивления затворных клапанов составляет 0,17, а коэффициент сопротивления прямых участков трубопроводов — 0,03. На каждом из трубопроводов установлен по одному затворному клапану и по одному теплообменнику. Коэффициент локального сопротивления теплообменников равен 3 для обоих случаев. Необходимо определить соотношение расходов жидкости в обоих трубопроводах при полностью открытых клапанах. 【Разбор】 1 обозначает схему ACB, 2 — схему ADB. Рассматривается расчет сопротивления параллельных каналов; сопротивление в каждом из ответвлений одинаково. Следовательно, hf1 = hf2. Уравнение u1²/u2² равно (0,03*50/0,08 + 0,17 + 3) / (0,03*5/0,08 + 0,17 + 3) = 4,34. Отношение расходов составляет q1/q2 = 0,785·d1²·u1 / 0,785·d2²·u2 = u1/u2 = 4,34^(1/2) = 2,08. Необходимо учитывать особенности параллельных каналов для правильного расчета расхода и скорости потока; важно использовать соответствующие методы! (2) Вода подается в резервуар на большой высоте с помощью центробежного насоса; разница высот составляет 12 м. Давление газовой фазы в резервуаре — 118 кПа. При определенной скорости вращения характеристическая кривая насоса имеет вид H = 42 – 7,56*10^4*Q^2 (единицы измерения — м³/с). Когда расход воды составляет 0,01 м³/с, поток переходит в состояние полной турбулентности. Теперь необходимо перенести рассмотрение на раствор с плотностью 1200 кг/м³, при этом все остальные условия остаются прежними. Необходимо определить расход и полезную мощность центробежного насоса при транспортировке этого раствора. 【Разбор】 Составляем уравнение для уровня жидкости в впускном канале и в резервуаре с высоким уровнем жидкости: He=12+118*10^3/1000*9.81+BQ^2=24+BQ^2. Из уравнения H=42-7.56*10^4Q^2 следует, что Q=Qe=0,01, а B=1,044*10^5. Уравнение, описывающее характеристики трубопровода, имеет вид: He=24+1,044*10^5Qe^2. Для перекачиваемой жидкости уравнение выглядит так: He=12+118*10^3/1200*9.81+1,044*10^5Qe^2=22+1,044*10^5Qe^2. Сочетая это уравнение с уравнением, описывающим характеристики насоса, получаем Q=0,01054 м³/с, H=33,6 м, а Ne=QHp/102=4,17 кВт
(3) Техническое переоснащение одного из отечественных нефтеперерабатывающих заводов мощностью в десять миллионов тонн. В настоящее время высота установки центробежного насоса составляет 3,5 м. Жидкость, находящаяся в нижней части колонны, необходимо выкачивать с помощью центробежного насоса. Давление вакуума в нижней части колонны составляет 67 кПа; при этом внутри колонны царит состояние насыщения. Насос расположен на земле; общие потери на входном трубопроводе составляют 1,2 м, а значение NPSHr равно 3,7. Следовательно, правильным ответом является: А. Высота основания башни увеличивается на 1,9 м; Б. Высота основания башни снижается на 1,9 м ； Основание башни C увеличено на 1,4 м ； D. Конструкция высокого насоса разумна. 【Обоснование】 Hg = (P0 – Pv) / pg + NPSHa + Zf. При насыщенном состоянии P0 = Pv. Нормальное значение NPSHa должно быть как минимум на 0,5 м больше, чем NPSHr. Следовательно, Hg = (3,7 + 0,5) + 1,3 = 5,4 м. Это означает, что высота установки насоса увеличивается на 5,4 – 3,5 = 1,9 м. Обратите внимание: при расчетах легко ошибиться и получить значение 1,4 м. Это происходит потому, что используется значение NPSHr, что неверно! Особое внимание сюда! (4) Одно предприятие по производству тонкой химической продукции использует стальные трубы диаметром DN100 для транспортировки нефти со скоростью 19 тонн в час. Удельный вес нефти составляет 0,9, а вязкость — 72 цП. Общая длина труб составляет 160 км; общее давление в трубах — 60 баргов. Трубы установлены горизонтально; локальное сопротивление игнорируется. Необходимо определить, требуется ли добавление станций повышения давления в процессе транспортировки, и если да, то сколько таких станций потребуется А не нужен, Б нужен ； Прибавить 3, C нужен, прибавить 4 ； Необходимо добавить 5 станций повышения давления. 【Расчеты】: Cu = w/Ap = 19000/0,785*0,01/900/3600 = 0,747 м/с. Re = dpu/miu = 0,1*0,747*900/72/1000 = 934. Поскольку режим течения – ламинарный, коэффициент трения s = 64/Re = 64/934 = 0,06852. Падение давления deltaP = p*Hf = 900*0,06852*160000/0,1*0,747^2/2 = 275,29 бар. Это значение превышает допустимое; поэтому необходимо добавить станции повышения давления. Количество таких станций N = DeltaP/60 = 275,29/60 = 4,6. Округляем до 5. Поскольку изначально уже предусмотрена одна станция для подачи жидкости, ещё нужно добавить 4 станции повышения давления.
(5) Вода при температуре 20 ℃ выкачивается из резервуара с помощью насоса; перед и после насоса установлены манометры для измерения вакуума и давления. Известно, что сумма общего сопротивления всасывающей трубопроводной системы насоса и гидравлической высоты скорости составляет 2 м колонн воды. Допустимая высота вакуума при всасывании — 5 м. Атмосферное давление равно 1,013×105 Па. Уровень жидкости в резервуаре находится на расстоянии 2 м ниже уровня, откуда происходит всасывание жидкости насосом. Когда температура воды достигнет 60 °C, показания вакуумметра и манометра будут ( ). Известно: при температурах 20 °C и 60 °C давление насыщенного пара воды составляет соответственно 2335 Па и 19923 Па. А. Индикатор вакуума повышается, а индикатор давления снижается.
Б. Индикатор вакуума повышается, а индикатор давления также повышается.
В. Индикатор вакуума снижается, а индикатор давления также снижается.
Г. Индикатор вакуума снижается, а индикатор давления повышается.
**Решение:** В. Когда температура воды составляет 60 °C, то Ps = 19923 кПа, а плотность воды — 983,2 кг/м³. При температуре 20 °C значение Ps составляет 2335 Па, а плотность — 998,2 кг/м³. Следовательно, при температуре 60 °C допустимая высота вакуума составляет:
Hs’ = Hs + (P0 – Ps’) / p’g – (P0 – Ps) / pg = 5 + (101325 – 19923) / 983,2 / 9,81 – (101325 – 2335) / 998,2 / 9,81 = 3,33 м.
Допустимая высота установки насоса:
Hg = Hs’ – u1²/2g – Zf = 3,33 – 2 = 1,33 м.
Фактическая высота установки составляет 2 м, что является слишком большим значением. В насосе происходит кавитация, показатели манометра и вакуумметра резко снижаются. А, В, D — неверные ответы. (6) Некая станция повышения давления природного газа транспортирует газ при температуре 25°C по стальной трубе с внутренним диаметром 500 мм к резервуару на расстоянии 22 км. Расход газа составляет 5×104 Нм3/ч. Давление в баллоне с газом составляет примерно 165 кПа. Когда разница в высотах на концах трубопровода невелика и можно считать, что поток газа является изотермическим, зависимость между объемным расходом газа и его давлением может быть описана с помощью уравнения Уэймута: Vh = 2,538*10^(-5)*d^2,667*((p1^2-p2^2/rL)*(273/T))^1/2. Здесь Vh — это объемный расход газа, измеряемый в Нм3/ч (стандартные единицы — м3/ч) ； d — внутренний диаметр трубы, мм ； l — длина трубы, м ； p1, p2 — давление в начале и в конце трубопровода, кПа ； r — относительная плотность газа, безразмерная величина; её значение представляет собой отношение плотности газа ρ при температуре 0°C и давлении 101,3 кПа к плотности воздуха, равной 1,294 кг/м³. В данном случае это значение принимается равным 0,552. Тогда начальное давление природного газа на выходе из станции повышения давления p1 должно составлять ( ) кПа. А. 483,5 Б. 454,5 В. 14370 Г. 542,6 【Решение】А: 5*10^4 = 2,538*10^(-5)*500^2,667*((p1^2 – 165^2)/0,552*22)*(273/298)^1/2; из этого следует, что p1 = 483,5 кПа
Б. Индикатор вакуума повышается, а индикатор давления также повышается.
В. Индикатор вакуума снижается, а индикатор давления также снижается.
Г. Индикатор вакуума снижается, а индикатор давления повышается.
**Решение:** В. Когда температура воды составляет 60 °C, то Ps = 19923 кПа, а плотность воды — 983,2 кг/м³. При температуре 20 °C значение Ps составляет 2335 Па, а плотность — 998,2 кг/м³. Следовательно, при температуре 60 °C допустимая высота вакуума составляет:
Hs’ = Hs + (P0 – Ps’) / p’g – (P0 – Ps) / pg = 5 + (101325 – 19923) / 983,2 / 9,81 – (101325 – 2335) / 998,2 / 9,81 = 3,33 м.
Допустимая высота установки насоса:
Hg = Hs’ – u1²/2g – Zf = 3,33 – 2 = 1,33 м.
Фактическая высота установки составляет 2 м, что является слишком большим значением. В насосе происходит кавитация, показатели манометра и вакуумметра резко снижаются. А, В, D — неверные ответы. (6) Некая станция повышения давления природного газа транспортирует газ при температуре 25°C по стальной трубе с внутренним диаметром 500 мм к резервуару на расстоянии 22 км. Расход газа составляет 5×104 Нм3/ч. Давление в баллоне с газом составляет примерно 165 кПа. Когда разница в высотах на концах трубопровода невелика и можно считать, что поток газа является изотермическим, зависимость между объемным расходом газа и его давлением может быть описана с помощью уравнения Уэймута: Vh = 2,538*10^(-5)*d^2,667*((p1^2-p2^2/rL)*(273/T))^1/2. Здесь Vh — это объемный расход газа, измеряемый в Нм3/ч (стандартные единицы — м3/ч) ； d — внутренний диаметр трубы, мм ； l — длина трубы, м ； p1, p2 — давление в начале и в конце трубопровода, кПа ； r — относительная плотность газа, безразмерная величина; её значение представляет собой отношение плотности газа ρ при температуре 0°C и давлении 101,3 кПа к плотности воздуха, равной 1,294 кг/м³. В данном случае это значение принимается равным 0,552. Тогда начальное давление природного газа на выходе из станции повышения давления p1 должно составлять ( ) кПа. А. 483,5 Б. 454,5 В. 14370 Г. 542,6 【Решение】А: 5*10^4 = 2,538*10^(-5)*500^2,667*((p1^2 – 165^2)/0,552*22)*(273/298)^1/2; из этого следует, что p1 = 483,5 кПа
Последнее изменение в этом посте было сделано пользователем zhanghp30 13.10.2015 в 15:29 (7). Выход жидкости из нижней части башни A осуществляется за счёт разницы давлений между башнями A и B; скорость потока составляет 12 м³/ч, плотность жидкости — 616 кг/м³, вязкость — 0,15 мПа·с. Общая длина трубопровода составляет 55 м. Давление в начале трубопровода — 350 кПа при высоте 2 м; давление в конце трубопровода — 150 кПа при высоте 18 м. Суммарный коэффициент локального сопротивления трубопровода составляет 10,07. Используется диаметр трубы 0,05 м, абсолютная шероховатость — 5×10^4. Тогда падение сопротивления в трубопроводе (без учета падения статического давления) составляет ( ). А. 72,61 кПа Б. 55,37 кПа В. 60,56 кПа Г. 64,57 кПа Помпой перекачивают горячую воду (70 °C) из бассейна в открытый контейнер. Известно, что внутренний диаметр трубопровода для передачи воды составляет 50 мм, скорость потока воды — 1,5 м/с. Сопротивление потоку во впускном и выпускном трубопроводах насоса составляет соответственно 9,81 кПа и 39 кПа. Атмосферное давление в этом регионе составляет 90,66 кПа, а высота выхода водопроводной трубы над уровнем жидкости в бассейне с горячей водой — 5 м. Известно, что допустимая высота вакуума при всасывании для насоса HS] составляет 7,6 м (при давлении 101,33 кПа и температуре 20 °C для чистой воды). Следовательно, допустимая высота установки насоса HS] равна ( ). А. 2,58 м Б. 3,69 м В. 2,69 м Г. 3,58 м【Решение】А
(9) При постоянном коэффициенте сжатия в рекуперативном компрессоре увеличение коэффициента зазора приведет к тому, что объем воздуха, поступающего в компрессор, будет ( ). А. Увеличивается Б. Уменьшается В. Остается прежним Г. Неизвестно (10) Чистый воздух при температуре 30°C и давлении 101,3 кПа подается с помощью центробежного вентилятора со скоростью потока 26000 м³/ч. Затем он нагревается в воздушном нагревателе до температуры 90°C и направляется в сушилку. При средних условиях работы (60°C, 101,3 кПа, ρ = 1,06 кг/м³) полное давление воздуха, необходимое для работы транспортной системы, составляет HT = 2600 Па. При выборе вентилятора используются такие параметры, как расход воздуха и полное давление воздуха ( ). А. 26000 м³/ч и 2600 Па Б. 26000 м³/ч и 2943 Па В. 23430 м³/ч и 2943 Па Г. 28570 м³/ч и 2600 Па 【Обоснование】Б. Расход воздуха определяется на основе фактического объема воздуха, поступающего в устройство; полное давление воздуха рассчитывается с учетом условий эксперимента, то есть Ht = 2600 * 1,2 / 1,06 = 2943 кПа. Следовательно, параметры вентилятора должны быть следующими: Q = 26000 м³/ч, HT = 2943 Па. (11) Для контроля расхода абсорбента, поступающего в абсорбционную башню, с помощью регулирующего клапана и обеспечения эффективной стабильной работы, целесообразно выбрать ( ). А. Закрытый центробежный насос Б. Перистальтический насос В. Вихревой насос Г. Открытый центробежный насос [Объяснение] А. Перистальтический насос не поддается регулировке, вихревой насос не подходит; открытые и полузакрытые насосы подходят для использования в условиях наличия частиц ； Перейдем к другому вопросу: если необходимо подавать материал в пропорциональных количествах, тогда следует выбрать дозирующий насос! (12) Определенная жидкость перекачивается из открытого резервуара в колонну для дистилляции с помощью насоса. Перпендикулярное расстояние от места входа трубопровода в башню до уровня жидкости в резервуаре составляет 12 м ； Потери давления при прохождении жидкости через теплообменник составляют 0,3 кгф/см² (29,4 кПа). Давление в колонне для дистилляции (по отношению к атмосферному давлению) составляет 1 кгф/см² (98,1 кПа). Трубопроводы для отвода жидкости выполнены из стали диаметром 114×4 мм; длина трубопроводов составляет 120 м (включая эквивалентную длину, связанную с локальными сопротивлениями). Скорость потока жидкости составляет 1,5 м/с; относительная плотность жидкости — 0,96. Все остальные физические свойства очень близки к свойствам воды: коэффициент трения λ = 0,03; потери давления в всасывающей трубопроводной системе составляют 1 метр жидкости; диаметр всасывающей трубы… Попробуем определить с помощью расчетов, какой из приведенных ниже центробежных насосов является наиболее подходящим:
A. n = 22 м³/ч, H = 1,6 м, n = 2900 об/мин, η = 66%, HS = 6,0 м
B. n = 50 м³/ч, H = 37,5 м, n = 2900 об/мин, η = 64%, HS = 6,4 м
C. n = 90 м³/ч, H = 91 м, n = 2900 об/мин, η = 32,8% , HS = 6,2 м
D. n = 87 м³/ч, H = 20 м, n = 2900 об/мин, η = 65%, HS = 6,2 м
【Решение】 Для варианта B объем потока Q = 0,785d²u = 47,6 м³/ч. Необходимое давление в трубопроводе: He = (Z₂ – Z₁) + ΔP/pg + Δu²/2g + Hf. Потери напора в трубопроводной системе включают потери в всасывающей и выпускной частях трубопровода, а также в теплообменнике. Hf=Hf,in+Hf,out+Hf,теплообменник=8,02 м. Следовательно, he＝12+10,4+8,02+0,11＝30,53 м. Исходя из полученных результатов, более целесообразно использовать центробежный насос №2 (13). С помощью определенного центробежного насоса жидкость из резервуара перекачивается в верхний резервуар. При этом уровень жидкости в резервуаре повышается. Если характеристики других трубопроводов остаются прежними, то скорость потока будет: А) увеличиваться, Б) уменьшаться, В) оставаться неизменной, Г) неопределено. 【Решение】 А) С помощью графического метода: He=(Z2-Z1)+(p2-P1)/pg+lanbuda*(L/D+S)*u^2/2g=(Z2-Z1)+(p2-P1)/pg+K*q^2. Характеристика насоса: Hg=A-B*q^2 – она не меняется. Но теперь значение (Z2-Z1) уменьшается, поэтому кривая трубопровода смещается вниз, и скорость потока увеличивается. Нужно научиться использовать кривые для качественной оценки взаимосвязи между характеристиками трубопровода и центробежным насосом.
A. n = 22 м³/ч, H = 1,6 м, n = 2900 об/мин, η = 66%, HS = 6,0 м
B. n = 50 м³/ч, H = 37,5 м, n = 2900 об/мин, η = 64%, HS = 6,4 м
C. n = 90 м³/ч, H = 91 м, n = 2900 об/мин, η = 32,8% , HS = 6,2 м
D. n = 87 м³/ч, H = 20 м, n = 2900 об/мин, η = 65%, HS = 6,2 м
【Решение】 Для варианта B объем потока Q = 0,785d²u = 47,6 м³/ч. Необходимое давление в трубопроводе: He = (Z₂ – Z₁) + ΔP/pg + Δu²/2g + Hf. Потери напора в трубопроводной системе включают потери в всасывающей и выпускной частях трубопровода, а также в теплообменнике. Hf=Hf,in+Hf,out+Hf,теплообменник=8,02 м. Следовательно, he＝12+10,4+8,02+0,11＝30,53 м. Исходя из полученных результатов, более целесообразно использовать центробежный насос №2 (13). С помощью определенного центробежного насоса жидкость из резервуара перекачивается в верхний резервуар. При этом уровень жидкости в резервуаре повышается. Если характеристики других трубопроводов остаются прежними, то скорость потока будет: А) увеличиваться, Б) уменьшаться, В) оставаться неизменной, Г) неопределено. 【Решение】 А) С помощью графического метода: He=(Z2-Z1)+(p2-P1)/pg+lanbuda*(L/D+S)*u^2/2g=(Z2-Z1)+(p2-P1)/pg+K*q^2. Характеристика насоса: Hg=A-B*q^2 – она не меняется. Но теперь значение (Z2-Z1) уменьшается, поэтому кривая трубопровода смещается вниз, и скорость потока увеличивается. Нужно научиться использовать кривые для качественной оценки взаимосвязи между характеристиками трубопровода и центробежным насосом.
Последнее изменение в этом посте было сделано пользователем zhanghp30 19.10.2018 в 23:18 (14). Среди энергий, связанных с потоком жидкостей, к механической энергии относятся: А. Гравитационная энергия; Б. Кинетическая энергия; В. Рабочая энергия; Г. Тепло. 【Объяснение】 Среди вариантов А, Б и В легко упустить из виду вариант В – рабочая энергия возникает в результате преобразования других видов энергии, как следует из закона сохранения энергии. （15） В расходомерах, спроектированных на основе принципов гидродинамики, для измерения распределения скорости в потоке газа в трубопроводах большого диаметра используется: А. Расходомер с отверстием Б. Расходомер Вентури В. Пропускная трубка Д. Роторный расходомер 【Решение】 В. Следует обратить внимание на принципы работы различных устройств измерения; часто задаются множественные варианты ответов! （16） Законы сохранения, связанные с гидродинамикой, включают следующие: А. Сохранение массы. Б. Сохранение энергии. В. Сохранение импульса. Г. Сохранение теплоты. 【Объяснение】 Законы сохранения А, Б и В часто упускаются из виду при ответе на вопросы; закон сохранения теплоты касается расчетов тепловых потоков. Можно также задавать вопросы о значении баланса массы и баланса энергии. Для получения дополнительной информации просим обратиться к учебникам Тяньцзиньского университета по специальным экзаменам, а также к учебникам Ассоциации проектирования. Предлагается задавать вопросы с несколькими вариантами ответов. （17） В ходе эксперимента по определению кривой характеристик центробежного насоса давление на выходе составляет P2 = 0,15 МПа, а показания вакуумметра на входе — P1 = 0,082 МПа. Предполагается, что диаметры впускной и выпускной труб одинаковы, а рабочей средой является вода. Какова будет высота подъема жидкости насосом? 【Разбор】Подставляем уравнение Бернулли для входа и выхода насоса: Hg = (Z2 – Z1) + (P2 – P1)/pg + (u2² – u1²)/2g + Hf. Поскольку расстояние между входом и выходом невелико, Z2 – Z1 = 0; значение Hf также можно игнорировать. Следовательно, Hg = (P2 – P1)/pg = (P2 – Pa)/pg + (Pa – P1)/pg = 0,15·10^6/1000/9,81 + 0,082·10^6/1000/9,81 = 23,65 м. Особое внимание следует уделить понятиям абсолютного давления и вакуума — это часто встречается в экзаменах!
Последнее изменение в этом посте было сделано zhanghp30 16.01.2020 в 10:39. 【Краткое резюме】 Основные темы этой главы следующие: 1. Комплексное применение уравнений статики жидкостей и уравнения Бернулли; необходимо обращать внимание на расчет сопротивления, а также на значения коэффициентов локального сопротивления при их резком увеличении или уменьшении! Из формул вычисляются эффективная мощность и эффективная работа, необходимые для функционирования транспортной системы. Обратите внимание на выбор изопрессов и т. д ； ‘ 2. Расчет аппаратов для перекачки жидкостей (насосов, компрессоров, вентиляторов): необходимо учитывать особенности применения различных аппаратов и способы расчета мощности, особое внимание уделяя методу расчета мощности шнековых насосов! 3. Расчет сопротивления последовательных и параллельных трубопроводов, а также ветвящихся трубопроводов: применение формулы Фаннинга! 4. Расчет высоты установки центробежного насоса, расчет запаса против кавитации, расчет допустимой вакуумности всасывания, характеристические кривые и три закона ； 5. Особенности проточных метров, диффузионных клапанов, роторных проточных метров ； Если в итоге сочетать вышеизложенное с таблицей обзора соответствующих разделов из руководства по основам химической инженерии Тяньцзиньского университета*, результат будет просто отличным!
Очень хорошо, спасибо за советы опытного эксперта!
Спасибо, ещё раз повторю перед экзаменом*
Пожалуйста, помогите рассчитать, какой вариант выбрать для задачи 16. Необходимо перенести определенный материал из устройства A в устройство B. Скорость потока составляет 100 м³/ч; диаметр трубопровода — 150 мм. Эквивалентная длина трубопровода — 3500 м. Кривая H-Q насоса имеет вид H = 80 – 0,001Q². Теперь необходимо использовать еще один трубопровод с диаметром 80 мм и эквивалентной длиной 4500 м, соединенный параллельно первому трубопроводу, чтобы увеличить объем перекачиваемого материала. Предполагается, что коэффициенты сопротивления обоих трубопроводов остаются неизменными и одинаковыми. Каков будет общий расход через оба трубопровода? ( ) м³/ч: А) 118, Б) 115, В) 142, Г) 125
В параллельной схеме H1=H2, Q=Q1+Q2; lanbuda1*(L1/D1)*u1^2/2=lanbuda2*(L2/D2)*u2^2/2. Поскольку lanbuda1=lanbuda2, получаем: u1/u2=1,55. Q1=100; Q1=0,785D1^2*u1; Q2=0,785D2^2*u2. Следовательно, Q1/Q2=(D1/D2)^2*(u1/u2)=3,52*1,55=5,5. Значит, Q2=18. Следовательно, Q=100+18=118 м³/ч. Правильный ответ – (A)