Thema 1 der Prüfung für qualifizierte Chemieingenieure: Strömung von Flüssigkeiten, Maschinen zur Transportierung von Flüssigkeiten
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Dieser Beitrag wurde zuletzt von zhanghp30 am 2018-10-19 23:15 bearbeitet. 1. Fachwissen: (1) Kenntnisse zur statischen Fluiddruck sowie zu den isobaren Flächen: Siehe Kapitel 1 des Buches „Prinzipien der Chemieingenieurwissenschaften“ an der Tianjin-Universität sowie die entsprechenden Abschnitte in den Richtlinien des Verbands für Exploration und Planung im Bereich Petrochemie. Hier treten oft Mehrfachauswahlfragen auf, und es ist wichtig, bei der Unterscheidung der Begriffe keine Fehler zu machen – Achtung! (2) Berechnung der Flüssigkeitsdichte: Bei Gasen ist das einfach zu berechnen – p = PM/RT. Oder man kann die Werte unter Standardbedingungen verwenden: p = M·T0·P / (22,4·T·P0). Dieser Punkt wird oft im Examen geprüft ； (3) Begriff der Gesamtpotenzialenergie/Mechanischen Energie: Die Summe aus Potenzialenergie und Druckenergie ergibt die Gesamtpotenzialenergie ； Die Summe aus kinetischer Energie und Gesamtpotenzialenergie ergibt die mechanische Energie ； (4) Pitotrohre, Lochflussmesser, Rotationsflussmesser: Achten Sie auf die jeweiligen Eigenschaften; es treten häufig Mehrfachauswahlfragen auf ； (5) Diagramm des Reibungskoeffizienten in Abhängigkeit von der Reynolds-Zahl und der relativen Rauheit: Prinzipien der Chemieingenieurwissenschaften, Tianjin-Universität (Teil 1, Seiten 53–54). Achten Sie auf die Besonderheiten der einzelnen Bereiche – es kommen oft Mehrfachauswahlfragen vor ； (6) Widerstandseinbußen: Diese umfassen den Widerstand in geraden Rohren sowie den lokalen Widerstand. Der Widerstand in geraden Rohren ist der Widerstand, der entsteht, wenn eine Flüssigkeit durch ein gerades Rohr fließt. Er resultiert aus den inneren Reibungskräften und führt zu einem Energieverlust, der sich in einer Verringerung der Gesamtpotenzialenergie zeigt ； Die lokale Widerstandskraft ist der Widerstand, der entsteht, wenn die Flüssigkeit durch Rohrteile, Ventile sowie Stellen mit plötzlichen Vergrößerungen oder Verkleinerungen der Rohrquerschnittsfläche fließt. Der Widerstand im geraden Rohr ist gleichmäßig über die Länge verteilt, während der lokale Widerstand an den Rohrventilen konzentriert ist. Es gibt oft Mehrfachauswahlfragen – Achtung! (7) Plötzliche Erhöhung/Reduzierung des Widerstandskoeffizienten: Bei einer plötzlichen Erhöhung wird der Wert 1,0 verwendet ； Für die Verkleinerung wird 0,5 verwendet. Beachten Sie, dass dieser Punkt häufig in hydrodynamischen Berechnungen vorkommt. Oft wird dies in den Aufgaben nicht erwähnt. Das ist ein Bereich, in dem im Laufe der Jahre viele Fehler gemacht wurden. Da es viele Rechenaufgaben gibt, kann eine Übersehung dieses Punktes zu einer Reihe von Fehlern führen. Geben Sie diesem Punkt daher große Bedeutung! (8) Berechnung des äquivalenten Durchmessers: d = 4R, wobei R = A/PAI ist. Der äquivalente Durchmesser ist viermal so groß wie der hydraulische Radius. Der hydraulische Radius entspricht dem Querschnitt durch den Flusskanal geteilt durch den Umfang der benetzten Fläche. Beachten Sie, dass bei verschiedenen Formen (quadratisch, kreisförmig usw.) unterschiedliche Methoden zur Bestimmung des hydraulischen Radius angewandt werden müssen ； (9) Berechnung von seriellen und parallelen Leitungen: Dazu gehören die Berechnung des Durchflusses sowie der Widerstände. Besondere Aufmerksamkeit gilt dabei der Methode zur Berechnung der Widerstände in parallelen Leitungen – dieses Thema kommt häufig vor ； (10) Die Kennkurven der Zentrifugalpumpe, das Proportionalitätsgesetz, das Schnittgesetz: Das muss unbedingt beherrscht werden! (11) Berechnung der Montagehöhe der Zentrifugalpumpe: (a) Aus der zulässigen Saugvakuumstärke berechnen: Hg = Hs’ – u²/2g – Zf, wobei Hs’ = Pa – P1/pg ist. In den Aufgaben wird in der Regel der Wert von Hs bei 20 °C angegeben. Um Hs’ zu ermitteln, müssen zunächst die Formeln für Hs und Hs’ ausgeführt werden. Durch Subtraktion dieser beiden Werte lässt sich Hs’ ermitteln. Dieser Punkt wird häufig in Prüfungen gestellt! (b) Berechnung aus dem Restdruck gegen Kavitation: Hg = (P0 – Pv) / pg – NPSHa – Zf. Bitte beachten Sie, dass NPSHa der effektive Restdruck gegen Kavitation ist und aus den hydraulischen Berechnungen des Prozesssystems ermittelt wird! In der Regel liegt der Wert bei 1,2–1,3 NPSHr. Der NPSHr ist der vom Hersteller vorgeschriebene Mindestwert für den Druckunterschied gegenüber der Sättigungsdampfdruck Im Allgemeinen gilt: Wenn die in der Aufgabenstellung angegebenen Bedingungen einen gesättigten oder kochenden Zustand beschreiben, dann gilt P0 = Pv. Daraus folgt Hg = -NPSHa – Zf. Bei einer Umkehranordnung muss die tatsächliche Installationshöhe noch um 0,5 m verringert werden; bei einer Sauganordnung ebenfalls um 0,5 m. Achten Sie auf die in der Aufgabenstellung angegebenen Bedingungen und passen Sie Ihre Lösung entsprechend an! Dieser Prüfungspunkt ist in den vergangenen Jahren immer von großer Bedeutung gewesen! (12) Berechnung der Leistung einer Zentrifugalpumpe: Pe = P * H (Wirkungsgrad). Ebenso gilt: Pe = p * g * He * Qv. Außerdem: Pe = QH / 10² * H ； Er wurde mithilfe der Gleichung für die weiße Anstrengung berechnet ； Achten Sie auf das Konzept des Presskopfes ； (13) Einfluss von Dichte und Viskosität auf Durchfluss, Druckhöhe, Welleistung und Effizienz: Bei Zentrifugalpumpen hängen Druckhöhe, Durchfluss und Effizienz nicht von der Dichte ab, während sich die Welleistung mit der Dichte ändert (Pe = QHp/10²H). Wenn die Viskosität des zu transportierenden Fluids zunimmt, sinken Durchfluss, Druckhöhe und Effizienz, während die Welleistung steigt. Diesen Prüfungspunkt muss man unbedingt im Gedächtnis behalten – es kommen Mehrfachauswahlfragen! (14) Eigenschaftsgleichungen von Leitungen und Pumpen/Parallelschaltung von Zentrifugalpumpen: Zwei Zentrifugalpumpen derselben Bauart in Reihe geschaltet – die Durchflussmenge ist dann größer als bei einer einzelnen Pumpe, doch der Druck ist weniger als das Doppelte des Werts bei einer einzelnen Pumpe ； Der Druck beim Parallelbetrieb steigt, doch der Durchfluss ist geringer als das Doppelte des Werts bei Einzelbetrieb. Im Allgemeinen ist der Parallelbetrieb in Systemen mit niedrigem Widerstand vorteilhaft, während der Serienschaltbetrieb in Systemen mit hohem Widerstand besser geeignet ist. Achten Sie auf die Mehrfachauswahlfragen ； Der Schnittpunkt der Rohrleitungskurve und der Pumpenkurve gibt den Betriebspunkt der Zentrifugalpumpe an. In diesem Fall gilt: Q = Qe; H = He. Im Parallelbetrieb gilt He = H, Qe = Q/2. Im Serienbetrieb gilt Qe = Q, He = 2H. Dieser Punkt wird oft in Prüfungen gestellt! Unbedingt beherrschen! (15) Zweiwegepumpe (Volumenstrompumpe): Der Druckhead ist durch die Tragfähigkeit der Leitungen begrenzt und hängt nicht von den geometrischen Abmessungen der Pumpe ab. Die Entleerungskapazität hängt von den geometrischen Abmessungen der Pumpe sowie von der Bewegung des Kolbens ab – sie hängt nicht vom Druckunterschied oder von den Eigenschaften der Leitungen ab ； Regelungsmethode: Umleitungsregelung ； Ändern Sie den Kolbenhub und die Anzahl der Vor- und Rückbewegungen. Achten Sie auf die Anwendungsbereiche der verschiedenen Arten von Volumenstrompumpen (z. B. Zahnradpumpen, Schraubenpumpen usw.) sowie auf die Methoden zur Berechnung des Drucks. Insbesondere sollte beachtet werden, dass Schraubenpumpen nicht für die White-Hall-Equation geeignet sind! (16) Zentrifugalventilator: N = Ht·Q/1000·H, wobei Ht der Luftdruck ist. Ht = (p2 – p1) + p·u2/2. Beachten Sie, dass bei der Auswahl des Ventilators in der Regel Werte für 20 °C herangezogen werden. Dabei gilt: Ht = Ht’·1,2/p’. Bitte beachten Sie, dass Ht’ und p’ der tatsächliche Luftdruck sowie die Dichte unter den jeweiligen Bedingungen sind. 【Prognose der Prüfungsfragen】 1. Wenn Wasser in einem bestimmten Rohr unter stationären Bedingungen fließt – also wenn die Masseströmung des Wassers konstant bleibt – dann wird der Re-Wert im Sommer im Vergleich zum Winter: A. größer werden B. kleiner werden C. unverändert bleiben D. kann nicht bestimmt werden. 2. Herr Wang stellte bei den Experimenten zur Bestimmung der Leistungskurve einer Zentrifugalpumpe fest, dass nach dem Starten der Pumpe kein Wasser mehr aus dem Auslassrohr floss. Der Vakuumwert am Eingang der Pumpe war sehr hoch. Herr Wang wusste nicht genau, was der Grund dafür war. Deshalb bat er seinen Kollegen Li um Hilfe. Kannst du als zukünftiger staatlich anerkannter Chemieingenieur den Grund dafür herausfinden? A. Die Wassertemperatur ist zu hoch.B. Die Saugrohre sind verstopft.
C. Das Vakuummessgerät ist beschädigt.
D. Die Auslassrohre sind verstopft.
3. Was die Parallelschaltung sowie die Serienschaltung von Zentrifugalpumpen angeht, so gilt Folgendes:
A. Wenn zwei identische Pumpen parallel geschaltet werden, erhöht sich der Durchfluss im Rohrsystem – doch der Fluidwiderstand nimmt zu.
B. Wenn zwei identische Pumpen seriell geschaltet werden, arbeitet jede Pumpe bei einem höheren Durchfluss und niedrigerem Druck.
C. Wenn sich der Stand des Flüssigkeitsniveaus stark ändert, kann man je nach Druckwert zwei oder mehr Pumpen seriell schalten.
D. Je mehr Pumpen parallel geschaltet werden, desto größer ist der Durchfluss.
4. Um Kavitation in Zentrifugalpumpen zu vermeiden, sind folgende Maßnahmen nicht geeignet:
A. Die Pumpe sollte möglichst nahe am Flüssigkeitsspeicher platziert werden.
B. Der Durchmesser der Saugrohre sollte etwas größer sein; der Durchmesser der Saugrohre sollte kleiner sein als der der Auslassrohre.
C. Es sollten möglichst wenige Biegungen in den Saugrohren vorhanden sein, um unnötige Verbindungsstücke zu vermeiden.
D. In den Saugrohren sollte ein Durchflussregler installiert werden.
5. In den Leitungen einer Zentrifugalpumpe beträgt der Durchfluss bei Einzelbetrieb qV und der Druck He. Wenn nun eine weitere Pumpe desselben Typs hinzugefügt wird, bleibt der Zustand der Leitungen unverändert. Dann beträgt der Durchfluss qv’ und der Druck He’. Bei paralleler Schaltung der Pumpen beträgt der Durchfluss qv” und der Druck He”. Dann gilt:
A. qv’ = qV, He’ = He, qv” = 2qv, He” = He
B. qv’ > qV, He’ > 2He, qv” > 2qv, He” > He
C. qv’ = 2qv, He’ = He, qv” = qV, He” = 2He
D. Es hängt vom Zustand der Leitungen ab.
Das sind meine persönlichen Zusammenfassungen zu diesen Fachthemen. Ich hoffe, sie helfen Ihnen dabei, die jeweiligen Konzepte besser zu verstehen.
2. Fallwissen: (1) Es gibt zwei parallel geschaltete Leitungen, ADB und ACB. Die Länge der Leitung ADB beträgt 50 m, die Länge der Leitung ACB beträgt 5 m – dabei sind die Rohrverbindungen einbezogen, doch die Länge der Ventile nicht. Beide Leitungen haben einen Durchmesser von DN80. Der Widerstandskoeffizient der Ventile beträgt 0,17, der Widerstandskoeffizient der geraden Strecken beträgt 0,03. In jeder Leitung befindet sich ein Ventil sowie ein Wärmetauscher. Der lokale Widerstandskoeffizient des Wärmetauschers beträgt in beiden Fällen 3. Es soll das Verhältnis der Durchflüsse in den beiden Leitungen ermittelt werden, wenn beide Ventile vollständig geöffnet sind. 【Analyse】 Mit 1 wird ACB bezeichnet, mit 2 ADB. Es wird die Berechnung des Widerstands in den parallel geschalteten Leitungen untersucht. Der Widerstand in den einzelnen Leitungen ist gleich. Somit gilt: hf1 = hf2. Zudem gilt: u1²/u2² = (0,03·50/0,08 + 0,17 + 3) / (0,03·5/0,08 + 0,17 + 3) = 4,34. Das Verhältnis der Durchflüsse beträgt q1/q2 = 0,785·d1²·u1 / 0,785·d2²·u2 = u1/u2 = 4,34^(1/2) = 2,08. Man muss auf die Eigenschaften der parallel geschalteten Leitungen achten, um den Durchfluss sowie die Strömungsgeschwindigkeit effektiv zu berechnen – dabei sind geschickte Methoden wichtig! (2) Das Wasser wird mit einer Zentrifugalpumpe in den Hochbehälter gepumpt. Der Höhenunterschied beträgt 12 m. Der Druck im Gasphasenbereich des Hochbehälters liegt bei 118 KPaG. Bei einer bestimmten Drehzahl hat die Leistungskurve der Pumpe die Form H = 42 – 7,56·10^4·Q^2 (in m³/s). Wenn die Wassermenge 0,01 m³/s beträgt, tritt der Fluss in einen Zustand vollständiger Turbulenz ein. Nun wird eine Lösung mit einer Dichte von 1200 kg/m³ transportiert, wobei alle anderen Bedingungen unverändert bleiben. Bestimmen Sie den Durchfluss sowie die effektive Leistung der Zentrifugalpumpe bei dem Transport dieser Lösung. **Analyse:** Für die Flüssigkeitsebene im Einlassbereich sowie in der oberen Kammer wird die Gleichung für den Druck aufgestellt:
He = 12 + 118·10³/1000·9,81 + BQ² = 24 + BQ².
Aus H = 42 – 7,56·10⁴·Q² sowie Q = Qe = 0,01 und B = 1,044·10⁵ ergibt sich die Gleichung für die Eigenschaften des Rohrs:
He = 24 + 1,044·10⁵·Qe².
Für die transportierte Flüssigkeit gilt:
He = 12 + 118·10³/1200·9,81 + 1,044·10⁵·Qe² = 22 + 1,044·10⁵·Qe².
Wenn man diese Gleichung mit der Gleichung für die Eigenschaften der Pumpe verbindet, erhält man Q = 0,01054 m³/s und H = 33,6 m. Zudem gilt Ne = QHp/102 = 4,17 kW
He = 12 + 118·10³/1000·9,81 + BQ² = 24 + BQ².
Aus H = 42 – 7,56·10⁴·Q² sowie Q = Qe = 0,01 und B = 1,044·10⁵ ergibt sich die Gleichung für die Eigenschaften des Rohrs:
He = 24 + 1,044·10⁵·Qe².
Für die transportierte Flüssigkeit gilt:
He = 12 + 118·10³/1200·9,81 + 1,044·10⁵·Qe² = 22 + 1,044·10⁵·Qe².
Wenn man diese Gleichung mit der Gleichung für die Eigenschaften der Pumpe verbindet, erhält man Q = 0,01054 m³/s und H = 33,6 m. Zudem gilt Ne = QHp/102 = 4,17 kW
(3) Technische Modernisierung einer inländischen Raffinerie mit einer Kapazität von zehn Millionen Tonnen. Die derzeitige Installationshöhe der Zentrifugalpumpe beträgt 3,5 m. Der Flüssigkeit im Boden des Turms muss mit der Zentrifugalpumpe abgepumpt werden. Der Vakuumgrad im Turmboden liegt bei 67 KPa – in diesem Zustand ist der Turm gesättigt. Die Pumpe befindet sich auf dem Boden. Der Gesamtdruckverlust in den Einlassleitungen beträgt 1,2 m, NPSHr = 3,7. Dann ist die richtige Antwort: A. Die Höhe des Turmsockels erhöht sich um 1,9 m; B. Die Höhe des Turmsockels verringert sich um 1,9 m ； Erhöhung der Sockelhöhe von Turm C um 1,4 m ； D Die Konstruktion der Hochdruckpumpe ist vernünftig. 【Erklärung】 Hg = (P0 – Pv) / pg + NPSHa + Zf. Dabei gilt P0 = Pv im gesättigten Zustand. Der Wert von NPSHa sollte mindestens 0,5 m größer sein als der Wert von NPSHr. Somit ergibt sich: Hg = (3,7 + 0,5) + 1,3 = 5,4 m. Das bedeutet, dass die Installationshöhe zunimmt – um genau 1,9 m. Bitte beachten Sie: Es ist leicht, hier einen Fehler zu machen und 1,4 m anzunehmen. Das liegt daran, dass man dabei NPSHr verwendet – doch das ist falsch! Achten Sie besonders auf diesen Punkt! (4) Ein Unternehmen aus dem Bereich der Feinchemie transportiert mit Rohren vom Typ DN100 pro Stunde 19 Tonnen Öl. Das Öl hat eine Dichte von 0,9 und eine Viskosität von 72 cP. Die Gesamtlänge der Rohre beträgt 160 km, der Gesamtdruck in den Rohren liegt bei 60 Barg. Die Rohre sind horizontal angeordnet, wobei lokale Widerstände vernachlässigt werden können. Es soll festgestellt werden, ob während des Transports zusätzliche Druckstationen erforderlich sind – falls ja, wie viele A benötigt nicht B benötigt ； 3 mehr hinzufügen, C ist benötigt, 4 mehr hinzufügen ； D ist erforderlich – es müssen 5 weitere Stationen hinzugefügt werden. 【Erklärung】Cu = w/Ap = 19000/0,785 * 0,01/900/3600 = 0,747 m/s. Re = dpu/miu = 0,1 * 0,747 * 900/72/1000 = 934. Es handelt sich um Strömung in laminärer Phase. Der Reibungskoeffizient s beträgt daher 64/Re = 64/934 = 0,06852. Der Druckabfall deltaP beträgt p*Hf = 900 * 0,06852 * 160000/0,1 * 0,747²/2 = 275,29 Bar. Dieser Wert übersteigt den zulässigen Druck. Daher müssen weitere Pumpstationen hinzugefügt werden. Die Anzahl der zusätzlich benötigten Stationen beträgt N = DeltaP/60 = 275,29/60 = 4,6. Aufgerundet muss man 5 Stationen einsetzen. Da bereits eine Pumpstation vorhanden ist, müssen noch 4 weitere Stationen entlang des Weges hinzugefügt werden.
(5) Mit einer Pumpe wird Wasser bei 20 °C aus dem Speicher herausgepumpt. Vor und hinter der Pumpe sind jeweils Vakuum- und Druckmessgeräte angebracht. Es ist bekannt, dass die Gesamtwiderstandskraft des Saugrohrs der Pumpe sowie der Geschwindigkeitshead zusammen 2 m H2O entsprechen. Die zulässige Saughöhe beträgt 5 m. Der atmosphärische Druck liegt bei 1,013×105 Pa. Die Flüssigkeitsebene im Behälter befindet sich 2 m unterhalb der Saugstelle der Pumpe. Wenn die Wassertemperatur auf 60 °C ansteigt, werden die Werte des Vakuummessers und des Druckmessers ( ). Es ist bekannt, dass der gesättigte Dampfdruck von Wasser bei 20 °C und 60 °C jeweils 2335 Pa bzw. 19923 Pa beträgt. A. Der Vakuummeter steigt an, der Druckmesser sinkt.
B. Der Vakuummeter steigt an, der Druckmesser steigt ebenfalls.
C. Der Vakuummeter sinkt ab, der Druckmesser sinkt ebenfalls.
D. Der Vakuummeter sinkt ab, der Druckmesser steigt an.
**Lösung:** C
Wenn die Wassertemperatur 60 °C beträgt, dann gilt: Ps = 19923 kPa, p = 983,2 kg/m³. Bei einer Wassertemperatur von 20 °C gelten Ps = 2335 Pa und ρ = 998,2 kg/m³. Die zulässige Höhe des Vakuums bei 60 °C beträgt:
Hs’ = Hs + (P0 – Ps’) / p’g – (P0 – Ps) / pg = 5 + (101325 – 19923) / 983,2 / 9,81 – (101325 – 2335) / 998,2 / 9,81 = 3,33 m.
Die zulässige Installationshöhe der Pumpe beträgt:
Hg = Hs’ – u1² / 2g – Zf = 3,33 – 2 = 1,33 m.
Die tatsächliche Installationshöhe beträgt jedoch 2 m – das ist zu hoch. Es tritt Kavitation in der Pumpe auf, wodurch die Werte des Druckmessers und des Vakuummessers plötzlich sinken. A, B, D sind falsche Antworten. (6) Eine Erdgas-Druckanlage leitet Erdgas bei 25 °C über Rohre mit einem Innendurchmesser von 500 mm zu einem Gasspeicher in 22 km Entfernung. Die Gasmenge beträgt 5×104 Nm3/Stunde. Der Druck im Gasbehälter beträgt etwa 165 kPa. Wenn der Höhenunterschied zwischen den beiden Enden der Leitung gering ist und man von einem isothermen Strömungsprozess ausgehen kann, dann kann das Verhältnis zwischen dem Volumenstrom des Gases und dem Druck mit der Weymouth-Gleichung ausgedrückt werden. Die Gleichung lautet: Vh = 2,538·10^(-5)·d^2,667·((p1^2 – p2^2)/(rL))·(273/T)^1/2. Dabei steht Vh für den Volumenstrom des Gases in Nm3/h (Standardwert: m3/h) ； d ist der Innendurchmesser der Rohr, in mm ； l ist die Länge der Röhre, m ； p1 und p2 sind der Druck am Anfang und am Ende der Leitung, in kPa ； r ist die relative Dichte des Gases – ein dimensionsloser Wert. Er entspricht dem Verhältnis der Dichte des Gases ρ bei 0 °C und 101,3 kPa zur Dichte der Luft, welche 1,294 kg/m³ beträgt. In diesem Fall wird dieser Wert mit 0,552 angenommen. Dann muss der Anfangsdruck p1 des Erdgases am Ausgang der Drucksteigerungsanlage ( ) kPa betragen. A. 483,5 B. 454,5 C. 14370 D. 542,6
【Lösung】A: 5·10^4 = 2,538·10^(-5) · 500^2,667 · ((p1^2 – 165^2)/0,552·22) · (√(273/298)). Es ergibt sich p1 = 483,5 kPa
B. Der Vakuummeter steigt an, der Druckmesser steigt ebenfalls.
C. Der Vakuummeter sinkt ab, der Druckmesser sinkt ebenfalls.
D. Der Vakuummeter sinkt ab, der Druckmesser steigt an.
**Lösung:** C
Wenn die Wassertemperatur 60 °C beträgt, dann gilt: Ps = 19923 kPa, p = 983,2 kg/m³. Bei einer Wassertemperatur von 20 °C gelten Ps = 2335 Pa und ρ = 998,2 kg/m³. Die zulässige Höhe des Vakuums bei 60 °C beträgt:
Hs’ = Hs + (P0 – Ps’) / p’g – (P0 – Ps) / pg = 5 + (101325 – 19923) / 983,2 / 9,81 – (101325 – 2335) / 998,2 / 9,81 = 3,33 m.
Die zulässige Installationshöhe der Pumpe beträgt:
Hg = Hs’ – u1² / 2g – Zf = 3,33 – 2 = 1,33 m.
Die tatsächliche Installationshöhe beträgt jedoch 2 m – das ist zu hoch. Es tritt Kavitation in der Pumpe auf, wodurch die Werte des Druckmessers und des Vakuummessers plötzlich sinken. A, B, D sind falsche Antworten. (6) Eine Erdgas-Druckanlage leitet Erdgas bei 25 °C über Rohre mit einem Innendurchmesser von 500 mm zu einem Gasspeicher in 22 km Entfernung. Die Gasmenge beträgt 5×104 Nm3/Stunde. Der Druck im Gasbehälter beträgt etwa 165 kPa. Wenn der Höhenunterschied zwischen den beiden Enden der Leitung gering ist und man von einem isothermen Strömungsprozess ausgehen kann, dann kann das Verhältnis zwischen dem Volumenstrom des Gases und dem Druck mit der Weymouth-Gleichung ausgedrückt werden. Die Gleichung lautet: Vh = 2,538·10^(-5)·d^2,667·((p1^2 – p2^2)/(rL))·(273/T)^1/2. Dabei steht Vh für den Volumenstrom des Gases in Nm3/h (Standardwert: m3/h) ； d ist der Innendurchmesser der Rohr, in mm ； l ist die Länge der Röhre, m ； p1 und p2 sind der Druck am Anfang und am Ende der Leitung, in kPa ； r ist die relative Dichte des Gases – ein dimensionsloser Wert. Er entspricht dem Verhältnis der Dichte des Gases ρ bei 0 °C und 101,3 kPa zur Dichte der Luft, welche 1,294 kg/m³ beträgt. In diesem Fall wird dieser Wert mit 0,552 angenommen. Dann muss der Anfangsdruck p1 des Erdgases am Ausgang der Drucksteigerungsanlage ( ) kPa betragen. A. 483,5 B. 454,5 C. 14370 D. 542,6
【Lösung】A: 5·10^4 = 2,538·10^(-5) · 500^2,667 · ((p1^2 – 165^2)/0,552·22) · (√(273/298)). Es ergibt sich p1 = 483,5 kPa
Dieser Beitrag wurde zuletzt von zhanghp30 am 13.10.2015 um 15:29 bearbeitet (7). Die Flüssigkeit an der Basis des Turms A wird durch den Druckunterschied zwischen den Türmen A und B in Turm B transportiert. Die Durchflussrate beträgt 12 m³/h. Die Dichte der Flüssigkeit liegt bei 616 kg/m³, die Viskosität bei 0,15 mPa•s. Die Gesamtlänge der Rohrleitungen beträgt 55 m. Der Druck am Anfang der Rohrleitungen liegt bei 350 kPa bei einer Höhe von 2 m. Am Ende der Rohrleitungen liegt der Druck bei 150 kPa bei einer Höhe von 18 m. Die Summe der lokalen Widerstandskoeffizienten beträgt 10,07. Es wird ein Rohrdurchmesser von 0,05 m verwendet, wobei die absolute Rauheit 5×104 beträgt. Der Widerstandseintrag des Rohrsystems (ohne Berücksichtigung des statischen Druckabfalls) beträgt dann ( ). A. 72,61 kPa B. 55,37 kPa C. 60,56 kPa D. 64,57 kPa Mit einer Pumpe wird das heiße Wasser (70 ℃) aus dem Becken in einen offenen Behälter gepumpt. Es ist bekannt, dass der Innendurchmesser der Leitungen für das Wasser 50 mm beträgt. Die Fließgeschwindigkeit des Wassers liegt bei 1,5 m/s. Die Strömungswiderstände in den Saug- und Auslassleitungen der Pumpe betragen jeweils 9,81 kPa und 39 kPa. Der Luftdruck in dieser Gegend beträgt 90,66 kPa. Der Auslass der Rohrleitungen befindet sich 5 m über der Oberfläche des Warmwasserspeichers. Da die zulässige Saugvakuumhöhe HS] der Pumpe 7,6 m beträgt (bei 101,33 kPa und 20 °C für klares Wasser), beträgt die zulässige Montagehöhe HS] der Pumpe ( ). A. 2,58 m B. 3,69 m C. 2,69 m D. 3,58 m【Lösung】A
(9) Wenn der Kompressionsverhältnis eines Zyklokompressors konstant bleibt und der Spielkoeffizient zunimmt, dann wird die Saugmenge des Kompressors ( ). A. Größer werden B. Kleiner werden C. Unverändert D. Unbestimmt (10) Mit einer Zentrifugalpumpe wird saubere Luft bei 30°C und 101,3 kPa mit einem Durchfluss von 26.000 m³/h durch einen Lufterhitzer auf 90°C erhitzt, bevor sie in den Trockner geleitet wird. Unter durchschnittlichen Betriebsbedingungen (60 °C, 101,3 kPa, ρ = 1,06 kg/m³) beträgt der erforderliche Gesamtdruck im Transportsystem HT = 2600 Pa. Die für die Auswahl der Lüftungsanlage maßgeblichen Werte sind Durchflussmenge und Gesamtdruck. A. 26000 m³/h und 2600 Pa
B. 26000 m³/h und 2943 Pa
C. 23430 m³/h und 2943 Pa
D. 28570 m³/h und 2600 Pa
**Erklärung:** B. Der Durchfluss wird nach dem tatsächlichen Luftdurchfluss am Eingang berechnet. Der Gesamtdruck wird unter Berücksichtigung der Versuchsbedingungen umgerechnet – also: Ht = 2600 * 1,2 / 1,06 = 2943 KPa. Daher sind die Werte für die Wahl der Pumpe: Q = 26000 m³/h, HT = 2943 Pa. (11) Um den Durchfluss des Absorptionsmittels in den Absorptionsbehälter mithilfe von Regelventilen zu steuern und eine effektive sowie stabile Betriebsweise zu gewährleisten, ist es ratsam, ( ) zu wählen. A. Schließende Zentrifugalpumpe B. Taktende Pumpe C. Wirbelstrompumpe D. Öffnende Zentrifugalpumpe [Erklärung] A: Die taktende Pumpe lässt sich nicht regulieren; die Wirbelstrompumpe eignet sich nicht. Öffnende und halböffnende Pumpen sind geeignet für Anwendungen mit Partikeln ； Um auf ein anderes Thema überzugehen: Wenn eine dosierte Zufuhr erforderlich ist, dann sollte man eine Dosierpumpe verwenden! (12) Eine Flüssigkeit wird aus einem offenen Behälter mithilfe einer Pumpe in den Destillierkolben gepumpt. Die vertikale Entfernung zwischen dem Eingang der Rohrleitungen in den Turm und der Flüssigkeitsoberfläche im Behälter beträgt 12 m ； Der Druckverlust des Flüssigkeitsflusses durch den Wärmetauscher beträgt 0,3 kgf/cm² (29,4 kPa). Der Druck im Destillationskolben (Druck über dem Atmosphärendruck) liegt bei 1 kgf/cm² (98,1 kPa). Die Abführrohre bestehen aus Stahlrohren mit einem Durchmesser von 114×4 mm; ihre Länge beträgt 120 m – einschließlich der für die lokalen Widerstände erforderlichen Längen. Die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit beträgt 1,5 m/s, die relative Dichte liegt bei 0,96. Alle anderen physikalischen Eigenschaften sind dem Wasser sehr ähnlich: Der Reibungskoeffizient beträgt λ = 0,03. Der Druckverlust im Saugrohr der Pumpe liegt bei 1 Meter Flüssichthöhe. Der Durchmesser des Saugrohrs ist … Versuchen Sie, durch Berechnung herauszufinden, welche der folgenden Zentrifugalpumpen am geeignetsten ist:
A. n = 22 m³/h, H = 1,6 m, n = 2900 Umdrehungen/min, η = 66 %, HS = 6,0 m
B. n = 50 m³/h, H = 37,5 m, n = 2900 Umdrehungen/min, η = 64 %, HS = 6,4 m
C. n = 90 m³/h, H = 91 m, n = 2900 Umdrehungen/min, η = 32,8 %, HS = 6,2 m
D. n = 87 m³/h, H = 20 m, n = 2900 Umdrehungen/min, η = 65 %, HS = 6,2 m
**Erklärung:** Bei Option B beträgt die Fördermenge Q = 0,785·d²·u = 47,6 m³/h. Der benötigte Druck im Rohrsystem ergibt sich aus der Formel: He = (Z₂ – Z₁) + ΔP/pg + Δu²/2g + Hf. Die Widerstände im Rohrsystem umfassen die Widerstände im Saugrohr, im Auslassrohr sowie im Wärmetauscher. Hf = Hf,in + Hf,out + Hf, Wärmetauscher = 8,02 m. Dann gilt: he = 12 + 10,4 + 8,02 + 0,11 = 30,53 m. Aus den Ergebnissen geht hervor, dass es sinnvoller ist, die Zentrifugalpumpe Nr. 2 zu verwenden. (13) Mit einer Zentrifugalpumpe wird die Flüssigkeit aus einem Behälter in einen höher gelegenen Behälter gepumpt. Wenn sich der Flüssigkeitsspiegel im Behälter erhöht und die Eigenschaften der anderen Leitungen unverändert bleiben, dann wird die Durchflussmenge: A) zunehmen, B) abnehmen, C) unverändert bleiben, D) ungewiss sein. 【Erklärung】 A) Mit Hilfe von Diagrammen: He = (Z2 – Z1) + (p2 – P1)/pg + lanbuda*(L/D + S)*u²/2g = (Z2 – Z1) + (p2 – P1)/pg + K*q². Die Kennlinie der Pumpe lautet: Hg = A – B*q². Da sich (Z2 – Z1) verringert, verschiebt sich die Leitungskenntlinie nach unten – dadurch steigt die Durchflussmenge. Man muss lernen, mit Kurven eine qualitative Beurteilung der Beziehung zwischen den Eigenschaften der Leitungen und der Zentrifugalpumpe vorzunehmen.
B. 26000 m³/h und 2943 Pa
C. 23430 m³/h und 2943 Pa
D. 28570 m³/h und 2600 Pa
**Erklärung:** B. Der Durchfluss wird nach dem tatsächlichen Luftdurchfluss am Eingang berechnet. Der Gesamtdruck wird unter Berücksichtigung der Versuchsbedingungen umgerechnet – also: Ht = 2600 * 1,2 / 1,06 = 2943 KPa. Daher sind die Werte für die Wahl der Pumpe: Q = 26000 m³/h, HT = 2943 Pa. (11) Um den Durchfluss des Absorptionsmittels in den Absorptionsbehälter mithilfe von Regelventilen zu steuern und eine effektive sowie stabile Betriebsweise zu gewährleisten, ist es ratsam, ( ) zu wählen. A. Schließende Zentrifugalpumpe B. Taktende Pumpe C. Wirbelstrompumpe D. Öffnende Zentrifugalpumpe [Erklärung] A: Die taktende Pumpe lässt sich nicht regulieren; die Wirbelstrompumpe eignet sich nicht. Öffnende und halböffnende Pumpen sind geeignet für Anwendungen mit Partikeln ； Um auf ein anderes Thema überzugehen: Wenn eine dosierte Zufuhr erforderlich ist, dann sollte man eine Dosierpumpe verwenden! (12) Eine Flüssigkeit wird aus einem offenen Behälter mithilfe einer Pumpe in den Destillierkolben gepumpt. Die vertikale Entfernung zwischen dem Eingang der Rohrleitungen in den Turm und der Flüssigkeitsoberfläche im Behälter beträgt 12 m ； Der Druckverlust des Flüssigkeitsflusses durch den Wärmetauscher beträgt 0,3 kgf/cm² (29,4 kPa). Der Druck im Destillationskolben (Druck über dem Atmosphärendruck) liegt bei 1 kgf/cm² (98,1 kPa). Die Abführrohre bestehen aus Stahlrohren mit einem Durchmesser von 114×4 mm; ihre Länge beträgt 120 m – einschließlich der für die lokalen Widerstände erforderlichen Längen. Die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit beträgt 1,5 m/s, die relative Dichte liegt bei 0,96. Alle anderen physikalischen Eigenschaften sind dem Wasser sehr ähnlich: Der Reibungskoeffizient beträgt λ = 0,03. Der Druckverlust im Saugrohr der Pumpe liegt bei 1 Meter Flüssichthöhe. Der Durchmesser des Saugrohrs ist … Versuchen Sie, durch Berechnung herauszufinden, welche der folgenden Zentrifugalpumpen am geeignetsten ist:
A. n = 22 m³/h, H = 1,6 m, n = 2900 Umdrehungen/min, η = 66 %, HS = 6,0 m
B. n = 50 m³/h, H = 37,5 m, n = 2900 Umdrehungen/min, η = 64 %, HS = 6,4 m
C. n = 90 m³/h, H = 91 m, n = 2900 Umdrehungen/min, η = 32,8 %, HS = 6,2 m
D. n = 87 m³/h, H = 20 m, n = 2900 Umdrehungen/min, η = 65 %, HS = 6,2 m
**Erklärung:** Bei Option B beträgt die Fördermenge Q = 0,785·d²·u = 47,6 m³/h. Der benötigte Druck im Rohrsystem ergibt sich aus der Formel: He = (Z₂ – Z₁) + ΔP/pg + Δu²/2g + Hf. Die Widerstände im Rohrsystem umfassen die Widerstände im Saugrohr, im Auslassrohr sowie im Wärmetauscher. Hf = Hf,in + Hf,out + Hf, Wärmetauscher = 8,02 m. Dann gilt: he = 12 + 10,4 + 8,02 + 0,11 = 30,53 m. Aus den Ergebnissen geht hervor, dass es sinnvoller ist, die Zentrifugalpumpe Nr. 2 zu verwenden. (13) Mit einer Zentrifugalpumpe wird die Flüssigkeit aus einem Behälter in einen höher gelegenen Behälter gepumpt. Wenn sich der Flüssigkeitsspiegel im Behälter erhöht und die Eigenschaften der anderen Leitungen unverändert bleiben, dann wird die Durchflussmenge: A) zunehmen, B) abnehmen, C) unverändert bleiben, D) ungewiss sein. 【Erklärung】 A) Mit Hilfe von Diagrammen: He = (Z2 – Z1) + (p2 – P1)/pg + lanbuda*(L/D + S)*u²/2g = (Z2 – Z1) + (p2 – P1)/pg + K*q². Die Kennlinie der Pumpe lautet: Hg = A – B*q². Da sich (Z2 – Z1) verringert, verschiebt sich die Leitungskenntlinie nach unten – dadurch steigt die Durchflussmenge. Man muss lernen, mit Kurven eine qualitative Beurteilung der Beziehung zwischen den Eigenschaften der Leitungen und der Zentrifugalpumpe vorzunehmen.
Dieser Beitrag wurde zuletzt von zhanghp30 am 2018-10-19 23:18 bearbeitet (14). Zu den Energien, die bei der Strömung von Flüssigkeiten eine Rolle spielen und zur mechanischen Energie gehören, gehören: A Potenzielle Energie, B Kinetische Energie, C Arbeit, D Wärme. 【Erklärung】 Bei ABC ist es leicht, die Option C zu übersehen – Arbeit entsteht durch die Umwandlung von Energie, siehe das erste Energiegesetz. (15) In Durchflussmessgeräten, die nach den Prinzipien der Strömungsmechanik konstruiert sind, wird zur Messung der Geschwindigkeitsverteilung in der Querschnittsfläche von Gasleitungen mit großem Durchmesser verwendet: A. Lochplattdurchflussmesser B. Venturi-Durchflussmesser C. Geschwindigkeitsrohr D. Rotordurchflussmesser 【Erklärung】 C. Achten Sie auf die Messprinzipien der verschiedenen Komponenten – es treten oft Mehrfachauswahlfragen auf! (16) Die Gesetze der Erhaltung, die in der Strömungsmechanik eine Rolle spielen, sind wie folgt: A. Erhaltung der Masse B. Erhaltung der Energie C. Erhaltung des Impulses D. Erhaltung der Wärme. 【Erklärung】Bei den Optionen ABC kann es leicht passieren, dass die Erhaltung des Impulses übersehen wird. Die Erhaltung der Wärme betrifft hingegen die Wärmebilanz. Weitere mögliche Fragen könnten sich auf die Bedeutung der Stoffbilanz und Energiebilanz beziehen. Bitte schauen Sie sich dazu die Lehrbücher der Tianjin University sowie die Lehrmaterialien des Verbands für Planung und Design an. Es handelt sich dabei um Mehrfachauswahlfragen. (17) Bei dem Experiment zur Bestimmung der Leistungscharakteristik einer Zentrifugalpumpe beträgt der Druck am Ausgang der Pumpe P2 = 0,15 MPa, während der Wert am Eingang laut Vakuummessgerät P1 = 0,082 MPa beträgt. Unter der Annahme, dass die Durchmesser der Ein- und Auslassrohre gleich sind und das Experiment mit Wasser durchgeführt wird – wie hoch ist dann die Förderhöhe der Pumpe? 【Analyse】Für den Eingang und Ausgang der Pumpe wird die Gleichung für den Druck aufgestellt: Hg = (Z2 – Z1) + (P2 – P1)/pg + (u2² – u1²)/2g + Hf. Da u1 = u2 ist und die Entfernung zwischen den Ein- und Ausgangsrohren gering ist, gilt Z2 – Z1 = 0. Auch Hf kann vernachlässigt werden. Somit gilt: 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 m. Besondere Aufmerksamkeit sollte man den Begriffen des Überdrucks und des Vakuums schenken – das wird oft geprüft!
Dieser Beitrag wurde zuletzt von zhanghp30 am 16.1.2020 um 10:39 bearbeitet. 【Zusammenfassung】 Die wichtigsten Themen dieses Kapitels sind wie folgt: 1. Die kombinierte Anwendung der Gleichungen der Hydrostatik sowie der Bernoulli-Gleichungen – dabei ist auf die Berechnung des Widerstands sowie auf die Werte des lokalen Widerstandskoeffizienten bei plötzlichen Änderungen zu achten! Aus der Formel ergeben sich die erforderliche effektive Leistung sowie die wirkliche Leistung des Transportsystems. Achten Sie auf die Auswahl der Isobaren usw ； ‘ 2. Berechnung von Fluidtransportmaschinen (Pumpen, Kompressoren, Lüfter): Beachten Sie die Eigenschaften der verschiedenen Maschinen für ihre jeweiligen Anwendungsbereiche sowie die Methoden zur Leistungsberechnung – insbesondere die Methode zur Leistungsberechnung von Schraubenpumpen! 3. Rechnung der Widerstände in seriellen und parallelen Leitungen sowie in Verzweigungsleitungen – Anwendung der Fanning-Formel! 4. Berechnung der Montagehöhe der Zentrifugalpumpe, Berechnung des Kavitationsüberschusses, Berechnung der zulässigen Saugvakuumstärke, Charakteristikkurven sowie die drei Gesetze ； 5. Eigenschaften von Pitotrohren, Lochblechen und Rotationsstrommessern ； Wenn der obige Inhalt schließlich mit den Zusammenfassungstabellen aus den Lehrmaterialien zu den Grundlagen der Chemieingenieurwissenschaften an der Tianjin-Universität kombiniert wird, wird das Ergebnis hervorragend sein!
Sehr gut, danke für die Anleitung des erfahrenen Experten!
Danke, noch einmal durchgehen vor der Prüfung
Bitte helfen Sie dabei, herauszufinden, welche Option bei den Prüfungsfragen aus dem Jahr 16 richtig ist. 22. Ein Stoff soll von Anlage A zu Anlage B transportiert werden. Die Durchflussrate beträgt 100 m³/h, der Innendurchmesser der Leitung beträgt 150 mm und die äquivalente Länge der Leitung beträgt 3500 m. Die H-Q-Kurve der Pumpe lautet H = 80 – 0,001·Q². Nun soll eine weitere Leitung mit einem Innendurchmesser von 80 mm und einer äquivalenten Länge von 4500 m in Reihe mit dieser Leitung geschaltet werden, um den Transportvolumenstrom zu erhöhen. Dabei können die Widerstandskoeffizienten beider Leitungen als konstant und gleich angesehen werden. Wie hoch ist dann der Gesamtdurchfluss in m³/h? A 118 B 115 C 142 D 125
In Parallelschaltung gilt H1 = H2, Q = Q1 + Q2. Zudem gilt: lanbuda1 * (L1/D1) * u1²/2 = lanbuda2 * (L2/D2) * u2²/2. Da lanbuda1 = lanbuda2, folgt: u1/u2 = 1,55. Weitere Gleichungen lauten: Q1 = 100; Q1 = 0,785 * D1² * u1; Q2 = 0,785 * D2² * u2. Es gilt außerdem: Q1/Q2 = (D1/D2)² * (u1/u2) = 3,52 * 1,55 = 5,5. Somit ist Q2 = 18. Insgesamt ergibt sich Q = 100 + 18 = 118 m³/h. Die richtige Antwort ist daher (A)