Часть 1

Газовые смеси и теплоемкости

Цель работы: определение основных параметров газовых смесей и теплоемкостей.

Исходные данные

Газовая смесь задана следующим образом (таблица 1): в массовых и объемных долях процентным составом компонентов смеси (графа 1); давление смеси p_см, бар (графа 2); объем смеси V_см , м³  (графа 3); температура смеси t_см , С; температура для определения истинной теплоемкости смеси t, С (графа 4); интервал температур для определения средней теплоемкости смеси t₁ - t₂, С (графа 5).

Определить:

1. Состав смеси (если по условию задачи задан состав смеси в объемных долях r_i, следует определить дополнительно состав смеси в массовых долях g_i).
2. Газовые постоянные компонентов R_i и смеси R_см, кДж/ кг К.
3. Среднюю молярную массу смеси m_cм через объемные и массовые доли.
4. Парциальные давления компонентов p_i через объемные и массовые доли.
5. Массу смеси m_см , кг и компонентов m_i, кг.
6. Парциальные объемы V_i, м³/кг и плотности r_i, кг/м³.
7. Истинные молярную mс, кДж/кмольК, объемную с^/, кДж/м³К и массовую с, кДж/кгК  теплоемкости при  p=const  и v=const для заданной температуры смеси t, С.
8. Средние молярную mс_ср, объемную с^/_ср  и массовую с_ср теплоемкости для заданного интервала температур.
9. Количество теплоты, необходимое на нагревание (охлаждение) в интервале температур (графа 5) при p=const: количества вещества 2 моль, 5 м³ и 7 кг смеси.

Молекулярные массы и газовые постоянные компонентов смеси определяются по таблице 2.

Истинная и средняя молярные теплоемкости компонентов смеси при p=const  определяются по таблицам 3 и 4.

Результаты расчетов представить в виде расчетных формул и таблицы 5.

Часть 2

Термодинамический цикл

          Цель работы: анализ термодинамических циклов тепловых двигателей и определение основных параметров циклов.

Исходные данные

Задан произвольный цикл, состоящий из четырех последовательно осуществляемых процессов (таблица 6); рабочее тело – 1 кг сухого воздуха; теплоемкость С_p= 1,025 кДж/кгК, газовая постоянная R= 0,287 кДж/кгК.

Определить:

1. Параметры p,v и  T для основных точек цикла (точек пересечения процессов).
2. Показатель политропы n, теплоемкость c, изменения внутренней энергии u, энтальпии i, энтропии s, количество теплоты q, работу L, располагаемую работу L₀   для каждого термодинамического процесса.
3. Количество теплоты q₁, подведенное за цикл, и q₂, отведенное за цикл, работу цикла L_ц, располагаемую работу цикла L_0ц, термический к.п.д. цикла h_t .

Результаты расчетов представить в виде расчетных формул и таблицы 7.

Таблица 7

           ВАРИАНТ 6 (2 ЧАСТЬ)         

  ВАРИАНТ 9 (2 ЧАСТЬ)

  ВАРИАНТ 4 (2 ЧАСТЬ)

     ВАРИАНТ 12 (1 и 2 ЧАСТЬ)

ВАРИАНТ 7 (1 и 2 ЧАСТЬ)

ВАРИАНТ 5 (1 и 2 ЧАСТЬ)

Контрольная работа по материаловедению

Вариант 5

Задача 1 

Химический состав цементного клинкера,  %: CaO, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, MgO, SO₃, Na₂O. Определить содержание в клинкере трехкальциевого силиката C₃S, двухкальциевого силиката C₂S, трёхкальциевого алюмината C₃A, четырех-кальциевого алюмоферрита C₄AF, а также сульфата кальция CaSO₄.

Задача 2

Через наружную стену из кирпича площадью S проходит за время τ, Q теплоты. Толщина стены δ. Температура теплой поверхности стены t₁, холодной – t₂. Рассчитать теплопроводность кирпичной кладки.

Задача 3

Шестипустотная железобетонная панель, имеющая длину a = 4,15 м, ширину b = 1,0 м и толщину с = 14,5 см, опирается на две опоры. Диаметр пустот d = 12 cм. Рассчитать нагрузку на каждую опору. Среднюю плотность железобетона принять 2500 кг/м³.

Задача 4

В канализационный коллектор, ошибочно построенный из силикатного кирпича, попадают промышленные сточные воды, содержащие соляную кислоту в количестве с = 20г. на 1 м³ воды. Рассчитать, какое количество извести будет растворено из кирпичных стен коллектора за месяц его эксплуатации, если за сутки через него проходит V_сут  = 120 м³ сточных кислых вод, а в реакцию вступает m = 35% содержащейся в ней кислоты.

Задача 5

Однослойная типовая панель из лёгкого бетона теплопроводностью  λ = 0,46 Вт/(м·ºС) имеет толщину h₁ = 200 мм. Какую толщину может иметь равноценная в теплотехническом отношении трёхслойная панель с наружными слоями из лёгкого бетона с λ = 0,46 Вт/(м·ºС)   толщиной по h₂ = 5 мм  и заполнением из минеральной ваты с  λ = 0,047 Вт/(м·ºС)?

Задача 6

Для получения клинкера быстротвердеющего портландцемента коэффициент насыщения кремнезема оксидом кальция необходимо довести до КН = 0,91. В какой пропорции необходимо взять известняк и глину, чтобы обеспечить требуемое значение КН клинкера? Химический состав известняка и глины, приведен в таблице:

Задача 7

Определить коэффициент насыщения пор кирпича размерами a = 170 мм, b = 40 мм,  c = 15 мм  с истиной плотностью ρ = 2,6 г/см³ и массой в сухом состоянии m = 1,5 кг, если после выдерживания в воде масса кирпича оказалась равной m_н = 2 кг.

Задача 8

Определить по массе и объему расход глины, необходимый для изготовления N = 15000 штук утолщенного кирпича средней плотностью ρ_ок = 1400 кг/м³, объемом пустот V_п = 30%, если средняя плотность сырой глины ρ_ог = 1600 кг/м³, влажность ω = 15%. При обжиге в печи потери при прокаливании (п.п.п.) составляют Х = 10% от массы сухой глины.

Задача 9

Сосновая доска при влажности ω₁ = 25% имела ширину а = 113,1 мм, а в абсолютно сухом состоянии  –  b = 106 мм. Определить усушку древесины, а также ширину, которую будет иметь доска при влажности  ω₂ = 16%.

Задача 10

Какой диаметр должен иметь стальной стержень длиной l₀ = 2 м, если требуется удерживать груз m = 5,5 т. Рассчитать абсолютное удлинение стержня ∆l. Допускаемое напряжение на растяжение для стали σ = 160 МПа, модуль упругости Е = 2∙10⁵ МПа.