题目
在用水测定离心泵性能的实验中,当流量为 26 mathrm(~m)^3 cdot mathrm(h)^-1 时,泵出口压力表读数为 1.52 times 10^5 mathrm(~Pa),泵入口处真空表读数为 2.47 times 10^4 mathrm(~Pa),轴功率为 2.45 mathrm(~kW),转速为 2900 mathrm(r) cdot mathrm(min)^-1,真空表与压力表两测压口间的垂直距离为 0.4 mathrm(~m),泵的进、出口管径相等,两测压口间管路的流动阻力可以忽略不计。试计算该泵的效率,并列出该效率下泵的性能参数(实验用水之密度近似为 1000 mathrm(~kg) cdot mathrm(m)^-3)。
在用水测定离心泵性能的实验中,当流量为 $26 \mathrm{~m}^{3} \cdot \mathrm{h}^{-1}$ 时,泵出口压力表读数为 $1.52 \times 10^{5} \mathrm{~Pa}$,泵入口处真空表读数为 $2.47 \times 10^{4} \mathrm{~Pa}$,轴功率为 $2.45 \mathrm{~kW}$,转速为 $2900 \mathrm{r} \cdot \mathrm{min}^{-1}$,真空表与压力表两测压口间的垂直距离为 $0.4 \mathrm{~m}$,泵的进、出口管径相等,两测压口间管路的流动阻力可以忽略不计。试计算该泵的效率,并列出该效率下泵的性能参数(实验用水之密度近似为 $1000 \mathrm{~kg} \cdot \mathrm{m}^{-3}$)。
题目解答
答案
1. 流量 $ Q = 26 \, \text{m}^3/\text{h} = 0.007222 \, \text{m}^3/\text{s} $。
2. 进出口压力差:
\[
p_2 - p_1 = p_{\text{g}} + p_{\text{v}} = 1.52 \times 10^5 + 2.47 \times 10^4 = 1.767 \times 10^5 \, \text{Pa}
\]
3. 扬程计算:
\[
H = \frac{p_2 - p_1}{\rho g} + h_0 = \frac{1.767 \times 10^5}{9810} + 0.4 = 18.01 + 0.4 = 18.41 \, \text{m} \approx 18.4 \, \text{m}
\]
4. 有效功率:
\[
N_e = \rho g Q H = 1000 \times 9.81 \times 0.007222 \times 18.4 = 1.304 \, \text{kW}
\]
5. 效率:
\[
\eta = \frac{N_e}{N} \times 100\% = \frac{1.304}{2.45} \times 100\% \approx 53.2\%
\]
泵的性能参数如下:
- 流量 $ Q = 26 \, \text{m}^3/\text{h} $
- 扬程 $ H = 18.4 \, \text{m} $
- 轴功率 $ N = 2.45 \, \text{kW} $
- 效率 $ \eta = 53.2\% $
解析
本题主要考察离心泵性能参数的计算,包括流量、扬程、有效功率和效率。解题思路如下:
- 流量:题目已直接给出流量为$26 \mathrm{~m}^{3} \cdot \mathrm{h}^{-1}$,为了后续计算方便,需将其单位换算为$\mathrm{m}^{3} \cdot \mathrm{s}^{-1}$。
- 根据单位换算关系$1\mathrm{h}=3600\mathrm{s}$,可得$Q = 26 \div 3600 \approx 0.007222 \mathrm{m}^{3} \cdot \mathrm{s}^{-1}$。
- 进出口压力差:泵出口压力表读数为表压$p_{g}$,泵入口处真空表读数为真空度$p_{v}$,进出口压力差$p_2 - p_1$等于表压与真空度之和。
- 已知$p_{g}=1.52 \times 10^{5} \mathrm{Pa}$,$p_{v}=2.47 \times 10^{4} \mathrm{Pa}$,则$p_2 - p_1 = p_{g} + p_{v} = 1.52 \times 10^{5} + 2.47 \times 10^{4} = 1.767 \times 10^{5} \mathrm{Pa}$。
- 扬程计算:根据离心泵扬程的计算公式$H = \frac{p_2 - p_1}{\rho g} + h_0$,其中$\rho$为液体密度,$g$为重力加速度,$h_0$为两测压口间的垂直距离。
- 已知$\rho = 1000 \mathrm{kg} \cdot \mathrm{m}^{-3}$,$g = 9.81 \mathrm{m} \cdot \mathrm{s}^{-2}$,$h_0 = 0.4 \mathrm{m}$,$p_2 - p_1 = 1.767 \times 10^{5} \mathrm{Pa}$,代入公式可得:
- $H = \frac{1.767 \times 10^{5}}{1000\times 9.81} + 0.4 = \frac{1.767 \times 10^{5}}{9810} + 0.4 \approx 18.01 + 0.4 = 18.41 \mathrm{m} \approx 18.4 \mathrm{m}$。
- 有效功率:有效功率$N_e$的计算公式为$N_e = \rho g Q H$。
- 已知$\rho = 1000 \mathrm{kg} \cdot \mathrm{m}^{-3}$,$g = 9.81 \mathrm{m} \cdot \mathrm{s}^{-2}$,$Q = 0.007222 \mathrm{m}^{3} \cdot \mathrm{s}^{-1}$,$H = 18.4 \mathrm{m}$,代入公式可得:
- $N_e = 1000 \times 9.81 \times 0.007222 \times 18.4 = 1.304 \mathrm{kW}$。
- 效率:效率$\eta$的计算公式为$\eta = \frac{N_e}{N} \times 100\%$,其中$N$为轴功率。
- 已知$N_e = 1.304 \mathrm{kW}$,$N = 2.45 \mathrm{kW}$,代入公式可得:
- $\eta = \frac{1.304}{2.45} \times 100\% \approx 53.2\%$。