Thermodynamik: eine Einführung in die Grundlagen und ihre technischen Anwendungen ; mit ... zahlreichen Tabellen sowie 86 Beispielen im Text
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
1966
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| Ausgabe: | 2., umgearb. und erw. Aufl. |
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| adam_text | VIII Aus dem Vorwort zur ersten Auflage
Prozeß und Zustandsänderung Die frühzeitige Einführung des Be
griffes des reversiblen Prozesses ermöglicht die Formulierung des
2 Hauptsatzes vor der Behandlung des 1 Hauptsatzes, dessen ver
schiedene Ausdrucksformen nur dann richtig verstanden werden können,
wenn zwischen reversiblen und irreversiblen Prozessen klar unterschieden
wird Bei der Darstellung des 1 Hauptsatzes habe ich die nur historisch
bedingte Einführung der Wärme als Grundgröße vermieden So kommt
die wichtige Stellung der inneren Energie richtiger zu Geltung; die
Wärme wird als abgeleitete Größe durch den 1 Hauptsatz definiert, sie
ist von der inneren Energie begrifflich streng unterschieden und be
deutet nur Energie beim Übergang über die Systemgrenze Diese Auf
fassung der Wärme wirkt sich auch bei der Einführung der Entropie
aus Nicht die Wärme, sondern die reversiblen und irreversiblen Pro
zesse adiabater Systeme geben die Grundlage zur Konstruktion der
Entropie Diese wird auch nicht durch die Betrachtung von Carnot-
Prozessen eingeführt, um nicht die historisch verständliche, aber falsche
Vorstellung zu bestärken, der Carnot-Prozeß stünde in besonders enger
Beziehung zum 2 Hauptsatz
Im letzten Kapitel bin ich auf die mit Größen, Größengleichungen,
Einheiten und Einheitensystemen zusammenhängenden Fragen einge
gangen Eine kurze zusammenfassende Darstellung dieses für die quan
titative Formulierung der Naturgesetze und für ihre rechnerische Aus
wertung so wichtigen Gebietes schien mir gerade für den Studenten
sehr nützlich Durch eine Klärung dieser Begriffe können auch manche
Widerstände beseitigt werden, die sich der Einführung des internatio
nalen (MKS-)Einheitensystems entgegenstellen Das MKS-Einheiten-
system wird in diesem Buch, von wenigen Ausnahmen abgesehen,
konsequent benutzt Abbildungen, Diagramme, Zahlentafeln und die
im Text durchgerechneten Beispiele sind auf dieses rationelle Einheiten
system abgestellt Im übrigen werden ausnahmslos Größengleichungen
verwendet, und es wird auch konsequent mit Größen, nicht mit Zahlen
werten, gerechnet Möge dieses Buch den Studenten an den ausschließ
lichen Gebrauch von Größengleichungen gewöhnen und ihm außerdem
die praktischen Vorteile des internationalen MKS-Einheitensystems
zeigen!
Braunschweig, im Februar 1962 _ _ „
H D Baehr
Inhaltsverzeichnis
1 Allgemeine Grundlagen
Seite
1 1 Thermodynamik 1
1 11 Von der historischen Entwicklung der Thermodynamik 1
1 12 Was ist Thermodynamik ? 7
1 2 System und Zustand 8
1 21 Das thermodynamische System 8
1 22 Gleichgewichtszustände und Zustandsgrößen 10
1 23 Intensive, extensive, spezifische und molare Zustandsgrößen 13
1 24 Einfache Systeme 15
1 3 Temperatur 16
1 31 Das thermische Gleichgewicht 16
1 32 Nullter Hauptsatz und Temperatur 17
1 33 Thermometer und empirische Temperaturskalen 18
1 34 Die Temperaturskala des idealen Gasthermometers Celsius-Skala 20
1 35 Die thermische Zustandsgleichung 23
1 4 Der thermodynamische Prozeß 25
1 41 Prozeß und Zustandsänderung 25
1 42 Nichtstatische und quasistatische Zustandsänderungen 27
1 43 Natürliche Prozesse 29
1 44 Reversible und irreversible Prozesse 30
1 45 Der 2 Hauptsatz der Thermodynamik als Prinzip der Irreversibilität 32
1 46 Quasistatische Zustandsänderungen und irreversible Prozesse 32
1 47 Stationäre Fließprozesse in offenen Systemen 33
1 48 Der Impulssatz 36
2 Der 1 Hauptsatz der Thermodynamik
2 1 Arbeit 40
2 11 Mechanische Arbeit und mechanische Energie 40
2 12 Volumenänderungsarbeit 43
2 13 Reibungsarbeit 46
2 14 Arbeit bei reversiblen und irreversiblen Prozessen einfacher Systeme 48
2 15 Arbeit bei nicht einfachen Systemen 50
2 2 Der 1 Hauptsatz für geschlossene Systeme 52
2 21 Innere Energie 52
2 22 Wärme 55
2 23 Formulierungen des 1 Hauptsatzes für geschlossene Systeme 58
2 24 Innere Energie, Wärme und Arbeit 62
2 25 Die kalorische Zustandsgleichung 63
2 26 Die kalorische Zustandsgleichung idealer Gase 64
2 3 Der 1 Hauptsatz für offene Systeme 66
2 31 Technische Arbeit und Leistung 66
2 32 Der 1 Hauptsatz für stationäre Fließprozesse 67
X Inhaltsverzeichnis
Seite
2 33 Instationäre Prozesse in offenen Systemen Strömungsenergie 72
2 34 Technische Arbeit und Reibungsarbeit 75
2 35 Enthalpie 79
2 4 Der 1 Hauptsatz für Kreisprozesse 82
2 41 Der 1 Hauptsatz für Kreisprozesse 82
2 42 Kreisprozesse mit stationär umlaufendem Medium 83
2 43 Die Wärmekraftmaschine 85
2 44 Der Carnot-Prozeß 86
3 Der 2 Hauptsatz der Thermodynamik
3 1 Reversible und irreversible Prozesse 92
3 11 Verschiedene Formulierungen des Prinzips der Irreversibilität 92
3 12 Bedingungen für reversible Prozesse Innere und äußere Reversibili
tät 93
3 13 Reversible und irreversible Prozesse adiabater Systeme 95
3 2 Entropie und thermodynamische Temperatur 99
3 21 Die quantitative Formulierung des 2 Hauptsatzes 99
3 22 Die Definition der Entropie 100
3 23 Eigenschaften der Entropie für adiabate Systeme 102
3 24 Die thermodynamische Temperatur 104
3 25 Entropie und 2 Hauptsatz 106
3 26 Die Entropie nicht einfacher Systeme 109
3 3 Entropie und Wärme HO
3 31 Entropie und 1 Hauptsatz für Prozesse mit quasistatischen Zu
standsänderungen HO
3 32 Entropieströmung und Entropieerzeugung 113
3 33 Das T, «-Diagramm 113
3 4 Die Anwendung des 2 Hauptsatzes auf Energieumwandlungen: Exergie
und Anergie 116
3 41 Die beschränkte Umwandelbarkeit der Energie 116
3 42 Der Einfluß der Umgebung auf die Energieumwandlungen 119
3 43 Exergie und Anergie 123
3 44 Die Berechnung von Exergie und Anergie 127
3 45 Die Berechnung von Exergieverlusten 134
3 46 Exergie—Anergie-Flußbilder Exergetische Wirkungsgrade 140
3 47 Heizen und Kühlen als thermodynamische Grundaufgaben 146
4 Thermodynamische Eigenschaften reiner Stoffe
4 1 Die thermischen Zustandsgrößen reiner Stoffe 155
4 11 Die p,t T-Fläche 155
4 12 Das p,T-Diagramm 158
4 13 Die thermische Zustandsgleichung der Gasphase 159
4 14 Die thermische Zustandsgleichung für Flüssigkeiten 162
4 15 Die heterogenen Zustandsgebiete 162
4 2 Das Naßdampf gebiet 164
4 21 Nasser Dampf 164
4 22 Die Dampfdruckkurve 166
4 23 Dampfgehalt und spez Volumen 167
4 24 Spez Entropie und spez Enthalpie 170
4 25 Die Gleichung von CLAtrsitrs-CLAPEYRON 172
4 26 Dampftafeln 174
4 3 Zustandsdiagramme realer Gase 175
4 31 Das T, «-Diagramm 176
Inhaltsverzeichnis XI
4 32 Das i, «-Diagramm Exergiediagramme
4 33 Das p, i-Diagramm
4 4 Die Bestimmung der kalorischen Zustandsgrößen realer Gase
4 41 Die Enthalpie als Funktion von p und T
4 42 Die Druckabhängigkeit der spez Wärmekapazität cp
4 43 Die Entropie als Funktion von p und T
4 44 Die Drosselung realer Gase
4 5 Der feste Zustand
4 51 Schmelzen und Erstarren
4 52 Sublimieren
4 53 Die spez Wärmekapazität fester Körper
5 Ideale Gase, Gas- und Gas—Dampf-Gemische
5 1 Ideale Gase
5 11 Thermische und kalorische Zustandsgleichung
5 12 Die allgemeine Gaskonstante
5 13 Normzustand und Normkubikmeter
5 14 Die Molwärmen idealer Gase
5 15 Mittlere spez Wärmekapazitäten
5 16 Isentrope Zustandsänderungen idealer Gase
5 2 Gemische idealer Gase
5 21 Masse- und Molanteile Partialdrücke
5 22 Das Gesetz von Dalton
5 23 Partialvolume Volumenanteile
5 24 Die kalorischen Zustandsgrößen
5 25 Die Entropie des Gasgemisches
5 26 Die Irreversibilität des Mischungsprozesses
5 3 Gas—Dampf-Gemische Feuchte Luft
5 31 Allgemeines
5 32 Der Sättigungsdruck des Dampfes
5 33 Der Taupunkt
5 34 Feuchte Luft
5 35 Der Wassergehalt feuchter Luft
5 36 Absolute und relative Feuchte
5 37 Das spez Volumen feuchter Luft
5 38 Die spez Enthalpie feuchter Luft
5 4 Das i,x-Diagramm für Gas—Dampf-Gemische
5 41 Das Gebiet der ungesättigten feuchten Luft
5 42 Das Nebelgebiet
5 43 Änderung des Gesamtdrucks
5 44 j,^-Diagramme für andere Gas—Dampf-Gemische
6 Prozesse in offenen Systemen
6 1 Strömungsprozesse
6 11 Wärmezufuhr und Wärmeabfuhr
6 12 Vernachlässigung der kinetischen Energie
6 13 Erwärmung und Abkühlung feuchter Luft
6 2 Adiabate Strömungsprozesse
6 21 Allgemeine Gleichungen
6 22 Beschleunigte Strömung Strömungswirkungsgrade
6 23 Verzögerte Strömung
6 24 Adiabate Rohrströmung
6 25 Der gerade Verdichtungsstoß
Seite
XII Inhaltsverzeichnis
Seite
6 3 Strömungsprozesse mit isentroper Zustandsänderung 252
6 31 Die Schallgeschwindigkeit 252
6 32 Querschnittsflächen bei reibungsfreier Düsen- und Diffusorströmung 254
6 33 Der Sonderfall des idealen Gases 258
6 34 Strömungszustand in einer nicht erweiterten Düse bei verändertem
Gegendruck 262
6 35 Strömungszustand in einer erweiterten (Laval-)Düse bei veränder
tem Gegendruck 263
6 4 Mischungsprozesse 267
6 41 Masse-, Energie- und Entropie-Bilanzen 267
6 42 Mischung zweier Ströme feuchter Luft 271
6 43 Zusatz von Wasser und Wasserdampf zu feuchter Luft 273
6 5 Adiabate Arbeitsprozesse 276
6 51 Vernachlässigung der kinetischen Energie 276
6 52 Adiabate Expansion Turbine 276
6 53 Arbeitsverlust bei nichtisentroper Expansion Turbinenwirkungs
grad 277
6 54 Adiabate Kompression Verdichter 280
6 55 Arbeitsverlust, Exergieverlust und Reibungsarbeit 282
6 6 Nichtadiabate Arbeitsprozesse 285
6 61 Isotherme Verdichtung und Expansion 285
6 62 Ersatz der isothermen Verdichtung durch mehrstufige adiabate Ver
dichtung 288
7 Thermodynamik der Kälteerzeugung
7 1 Die Grundaufgabe der Kältetechnik 292
7 11 Kälteerzeugung bei konstanter Temperatur 292
7 12 Kälteerzeugung bei gleitender Temperatur 294
7 13 Die Kältemaschine 295
7 2 Die Kaltdampf-Kältemaschine 299
7 21 Kältemittel für Kaltdampf-Kältemaschinen 300
7 22 Die Umkehrung des Camot-Prozesses 301
7 23 Der Kreisprozeß der Kaltdampf-Kältemaschine 302
7 24 Prozeßverbesserung durch Unterkühlung des kondensierten Kälte
mittels 308
7 3 Kälteerzeugung bei tiefen Temperaturen 313
7 31 Die Gaskältemaschine mit adiabater Entspannung 313
7 32 Das Linde-Verfahren zur Luftverflüssigung 317
7 33 Die Philips-Gaskältemaschine 320
8 Verbrennungsprozesse
8 1 Allgemeines 321
8 2 Mengenberechnungen bei vollständiger Verbrennung 323
8 21 Die Verbrennungsgleichungen 323
8 22 Gemische chemisch einheitlicher Stoffe 324
8 23 Feste und flüssige Brennstoffe 326
8 24 Feuerungskontrolle durch Abgasanalyse 328
8 3 Heizwert und theoretische Verbrennungstemperatur 329
8 31 Der Heizwert der Brennstoffe 329
8 32 Oberer und unterer Heizwert 331
8 33 Heizwert von Gemischen und Verbindungen 332
8 34 Das 3, ^-Diagramm und die Temperaturabhängigkeit des Heizwertes 334
8 35 Die theoretische Verbrennungstemperatur 336
Inhaltsverzeichnis XIII
8 4 Die thermodynamische Bewertung der Verbrennungsprozesse
8 41 Die reversible chemische Reaktion
8A2 Absolute Entropien NERNSTsches Wärmetheorem
8 43 Die Exergie der Brennstoffe
8 44 Das 0, ©-Diagramm für Verbrennungsprozesse
8 45 Der Exergieverlust bei der adiabaten Verbrennung
Seite
9 Thermodynamik der Wärme- und Verbrennungs-Kraftanlagen
9 1 Die Umwandlung chemischer und nuklearer Energie in Nutzarbeit und
elektrische Energie
9 11 Übersicht über die Umwandlungsverfahren
9 12 Wärme- und Verbrennungs-Kraftanlagen
9 2 Die einfache Dampfkraftanlage
9 21 Der Dampferzeuger
9 22 Der Kreisprozeß des Wassers
9 23 Der exergetische Gesamtwirkungsgrad und seine Begrenzung durch
die Endnässe
9 3 Verbesserungen der einfachen Dampfkraftanlage
9 31 Zwischenüberhitzung
9 32 Kombinierte Luft- und Speisewasservorwärmung
9 33 Das moderne Dampfkraftwerk
9 4 Gaskraftanlagen
9 41 Die geschlossene Gasturbinenanlage
9 42 Die offene Gasturbinenanlage
9 43 Verbesserungen des Gasturbinenprozesses
9 44 Das Gasturbinen-Strahltriebwerk
10 Anhang: Größen und Einheiten der Thermodynamik Tabellen
10 1 Größen und Größengleichungen
10 11 Dimension, Größe und Einheit
10 12 Größengleichungen - -
10 13 Grundgrößenarten und Grundeinheiten
10 14 Masse, Gewicht und Gewichtskraft
10 15 Die Stoffmenge und ihre Maße
10 2 Einheitensysteme
10 21 Einheiten und Einheitensysteme
10 22 Das Internationale Einheitensystem
10 23 Das Technische Einheitensystem
10 24 Einheitentafeln
10 3 Tabellen
10 31 Allgemeine Angaben
10 32 Eigenschaften idealer Gase
10 33 Eigenschaften von Wasser und Wasserdampf
10 34 Stoffwerte für die Berechnung von Verbrennungsprozessen
Sachverzeichnis
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