题目
中国大学MOOC: 若保持离心泵的效率不变,将其叶轮转速增加10%,则其轴功率增加( )。
中国大学MOOC: 若保持离心泵的效率不变,将其叶轮转速增加10%,则其轴功率增加( )。
题目解答
答案
33%
解析
考查要点:本题主要考查离心泵性能参数与叶轮转速之间的关系,特别是轴功率的变化比例。
解题核心思路:
离心泵的轴功率(N)与叶轮转速(n)的三次方成正比,即 $N \propto n^3$。当效率保持不变时,轴功率的变化仅由转速的变化决定。因此,转速增加10%时,轴功率的变化比例可通过计算转速比的三次方得出。
破题关键点:
- 掌握相似定律:流量 $Q \propto n$,扬程 $H \propto n^2$,轴功率 $N \propto n^3$。
- 公式推导:轴功率 $N = \frac{QH \rho g}{\eta}$,结合相似定律可推导出 $N \propto n^3$。
- 比例计算:转速增加10%后,轴功率变为原值的 $(1.1)^3 = 1.331$ 倍,即增加33.1%。
根据离心泵的相似定律:
-
流量与转速的关系:
$\frac{Q_2}{Q_1} = \frac{n_2}{n_1}$
流量与转速成正比。 -
扬程与转速的关系:
$\frac{H_2}{H_1} = \left( \frac{n_2}{n_1} \right)^2$
扬程与转速的平方成正比。 -
轴功率与转速的关系:
轴功率公式为 $N = \frac{QH \rho g}{\eta}$,代入相似定律可得:
$\frac{N_2}{N_1} = \frac{Q_2 H_2}{Q_1 H_1} = \left( \frac{n_2}{n_1} \right) \cdot \left( \frac{n_2}{n_1} \right)^2 = \left( \frac{n_2}{n_1} \right)^3$
因此,轴功率与转速的三次方成正比。
具体计算:
原转速为 $n_1$,新转速为 $n_2 = 1.1n_1$,代入公式:
$\frac{N_2}{N_1} = (1.1)^3 = 1.331$
轴功率增加了 $1.331 - 1 = 0.331$,即 33.1%,四舍五入为 33%。