广州大学机械与电气工程学院《流体力学》课程基于流体力学的水泵输送系统课程设计:设计一个基于流体力学的水泵输送系统专业班级:************姓名:************学号:************指导老师:************完成日期:************课程总目标：设计一个基于流体力学的水泵输送系统。如图，用离心泵将水库的水抽到水池，底阀局部阻力系数ζ1＝2.5，弯管ζ2＝0.3，水泵进口前的渐变收缩段ζ3＝0.1，压力管路采用铸铁管，直径D＝500mm，其总长度为1000m，其余参数见表，试设计确定：1、水泵吸水管直径；2、水泵的安装高度；3、水泵的轴功率组别1234567流量Q(m3/s)0.30.40.20.50.60.150.45水库水位(m)65605550707050水池水位(m)90858080908585吸水管l1(m)1088101088水泵的真空度为[hv](m)4.8554.64.54.84.5第1页共6页一、数据选择第一组别流量Q(m3/s)水库水位(m)水池水位(m)吸水管l1(m)真空度为[hv](m)0.36590104.8二、水泵吸水管直径设计2.1确定吸水管流速V通过查询《机械设计手册》可得，常用水泵吸水管推荐流速为V吸=0.8~2.0m/s，取吸水管流速为V吸=2.0m/s。2.2计算吸水管直径D吸由流量公式，可计算得Q=πD吸24V吸D吸=√4QV吸π=√4×0.32.0×π=0.437m故水泵吸水管直径取D吸=450mm。此时，吸水管流速V吸=QπD吸24=0.3π×0.45024=1.8m/s三、水泵安装高度设计3.1计算水头损失hf1−2以水库自由液面1-1和水泵进口处2-2为计算断面，自由液面0-0为基准面，建立伯努利方程0+Paρg+0=HS+P2ρg+V吸22g+hf1−2hf1−2=hf+hj=λ1l1D吸∙V吸22g+∑ζV吸22g=(λ1l1D吸+∑ζ)V吸22g吸水管中的雷诺数第2页共6页Re=V吸D吸v=2.0×0.4501.010×10−6=891089>2300由雷诺数值，可判定吸水管管道水流状态为紊流（20℃时水的运动黏度ν=1.010×10−6m2/s）。查莫迪表得，吸水管沿程阻力系数λ1=0.020根据已知条件可得，底阀局部阻力系数ζ1＝2.5，弯管ζ2＝0.3，水泵进口前的渐变收缩段ζ3＝0.1，则∑ζ=ζ1+ζ2+ζ3=2.9吸水管长l1=10m，V吸=2m/s，D吸=450mm，则所以吸水管道水头损失为hf1−2=(λ1l1D吸+∑ζ)V吸22g=(0.020×100.450+2.9)×2.022×9.8=0.683m3.2计算水泵的安装高度HS由伯努利方程,可得HS=Pa−P2ρg−V吸22g−hf1−2=hv−V吸22g−hf1−2=4.8−2.022×9.8−0.683=3.913m故水泵的安装高度取为HS=3.900m，即HS=3900mm四、计算水泵的轴功率4.1确定压水管道沿程阻力系数λ2压力管道采用铸铁管，铸铁管在一般设计计算时多当作旧管，查询《机械手册》可得，铸铁管的当量粗糙高度∆=1.25mm。压力管道直径D压=500mm，则相对粗糙度为∆D压=1.25500=0.0025计算压力管道流速V压=QπD压24=0.3π×0.50024=1.528m/s压水管中的雷诺数Re=V压D压V压=1.528×0.51.010×10−6=756435>2300由雷诺数值，可判定压水管管道水流状态为紊流（20℃时水的运动黏度ν=1.010×10−6m2/s）。根据Re=756435，∆D压=0.0025，查询莫迪图，可得压水管的沿程阻力系数λ2=0.0204.2确定压水管道各局部阻力系数第3页共6页查《机械设计手册》，可得各局部阻力系数为ζ截止阀=7.0，ζ闸阀=0.5，ζ30度弯道=0.2，ζ出水=1则∑ζ=ζ截止阀+ζ闸阀+ζ30度弯道+ζ出水=7.0+0.5+0.2+1=8.74.3计算压水管道水头损失hf3−4hf3−4=(λ2LD压+∑ζ)V压22g=(0.020×10000.5+8.7)×1.52822×9.8=5.801m4.4计算水泵杨程Hp以水库水面为基准面，建立1-1端面和4-4水池断面的能量方程0+Paρg+0+HP=∆z+Paρg+0+hf1−2+hf3−4HP=∆z+hf1−2+hf3−4=90−65+0.683+5.801=31.484m4.5计算水泵轴功率根据国家标准《离心泵效率》（GB/T13007-91），查《机械手册》得，单级离心泵的的效率大概为η=80%，则水泵轴功率为P轴=ρgQHPη=1000×9.8×0.3×31.48480%≈115.7KW故水泵轴功率为P轴=115.8KW。查《机械设计手册》得，可取电动机等级为二级，功率P电机=132KW。第4页共6页
