Einführung in die Thermodynamik: von den Grundlagen zur technischen Anwendung ; mit 124 Beispielen, 132 Aufgaben und 170 Kontrollfragen
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| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
München [u.a.]
Hanser
1999
|
| Edition: | 12., verb. Aufl. |
| Series: | Studienbücher der technischen Wissenschaften
Hanser-Lehrbuch |
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| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | 468 S. graph. Darst. |
| ISBN: | 3446211101 |
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GUENTER CERBE HANS-JOACHIM HOFFMANN EINFUEHRUNG IN DIETHERMODYNAMIK VON
DEN GRUNDLAGEN ZUR TECHNISCHEN ANWENDUNG MIT 201 BILDERN, 32 TAFELN, 124
BEISPIELEN, 132 AUFGABEN UND 170 KONTROLLFRAGEN 12., VERBESSERTE AUFLAGE
CARL HANSERVERLAG MUENCHEN WIEN INHALTSVERZEICHNIS 1 GRUNDLAGEN DER
THERMODYNAMIK 13 1.1 AUFGABE DER THERMODYNAMIK 13 1.2 GROESSEN UND
EINHEITENSYSTEME 13 1.2.1 PHYSIKALISCHE GROESSEN UND GROESSENARTEN 13 1.2.2
GROESSENGLEICHUNGEN 14 1.2.3 ZAHLENWERTGLEICHUNGEN 15 1.2.4
EINHEITENSYSTEME 16 1.3 THERMISCHE ZUSTANDSGROESSEN .' 20 1.3.1 VOLUMEN 20
1.3.2 DRUCK 21 1.3.3 TEMPERATUR 25 1.3.4 THERMISCHE ZUSTANDSGIEICHUNG 27
1.4 THERMISCHE AUSDEHNUNG 28 1.5 ARBEIT UND INNERE ENERGIE 33 1.5.1
THERMODYNAMISCHES SYSTEM 34 1.5.2 ZUSTANDSGROESSEN UND PROZESSGROESSEN 35
1.5.3 THERMODYNAMISCHE PROZESSE UND ZUSTANDSAENDERUNGEN 35 1.5.4 ARBEIT
AM GESCHLOSSENEN SYSTEM 36 1.5.5 INNERE ENERGIE 39 1.6 ARBEIT UND WAERME
41 1.6.1 WAERME 41 1.6.2 ARBEIT AM OFFENEN SYSTEM UND ENTHALPIE 43 1.6.3
KALORISCHE ZUSTANDSGIEICHUNGEN UND SPEZIFISCHE WAERMEKAPAZITAETEN . . . .
49 1.6.4 ERSTER HAUPTSATZ DER THERMODYNAMIK 54 KONTROLLFRAGEN 57 2
ZUSTANDSAENDERUNGEN DES IDEALEN GASES 58 2.1 ZUSTANDSGESETZE 58 2.1.1
THERMISCHE ZUSTANDSGIEICHUNG DES IDEALEN GASES 58 2.1.2 GESETZE VON
BOYLE-MARIOTTE UND GAY-LUSSAC 58 2.1.3 MATERIEMASSE KILOMOL UND
NORMVOLUMEN; MOLARE GASKONSTANTE 61 2.1.4 KALORISCHE ZUSTANDSGIEICHUNGEN
DES IDEALEN GASES 64 2.1.5 SPEZIFISCHE WAERMEKAPAZITAETEN DES IDEALEN
GASES 66 2.2 GESCHLOSSENE SYSTEME 72 2.2.1 PROZESSE UND
ZUSTANDSAENDERUNGEN IN GESCHLOSSENEN SYSTEMEN 72 2.2.2 ISOCHORE 72 2.2.3
ISOBARE 74 2.2.4 ISOTHERME 76 2.2.5 ISENTROPE 78 2.2.6 POLYTROPE 83 2.3
OFFENE SYSTEME * 88 2.3.1 PROZESSE UND ZUSTANDSAENDERUNGEN IN OFFENEN
SYSTEMEN 88 2.3.2 TECHNISCHE ARBEIT BEI EINFACHEN ZUSTANDSAENDERUNGEN 89
2.4 KREISPROZESSE 91 2.4.1 KONTINUIERLICHER ABLAUF IN KREISPROZESSEN 91
2.4.2 ARBEIT DES REVERSIBLEN KREISPROZESSES 92 INHALTSVERZEICHNIS 2.4.3
THERMISCHER WIRKUNGSGRAD 97 2.4.4 CARNOT-PROZESS 97 2.4.5 WAERMEPUMPE UND
KAELTEMASCHINE 100 KONTROLLFRAGEN 102 3 IRREVERSIBLE VORGAENGE UND
ZUSTANDSGROESSEN ZU IHRER BEURTEILUNG 105 3.1 REVERSIBLE UND IRREVERSIBLE
PROZESSE 105 3.2 ZWEITER HAUPTSATZ DER THERMODYNAMIK " - . 106 3.3
ENTROPIE 107 3.3.1 DEFINITION DER ENTROPIE 107 3.3.2 ENTROPIE UND
ZWEITER HAUPTSATZ 109 3.3.3 ENTROPIEAENDERUNGEN BEI KREISPROZESSEN 110
3.3.4 VERGLEICH REVERSIBLER UND IRREVERSIBLER KREISPROZESSE 113 3.3.5 T,
S-DIAGRAMM 115 3.3.6 ZUSTANDSAENDERUNGEN IM T, S-DIAGRAMM 1.15 3.3.7 DER
CARNOT-PROZESS IM T, S-DIAGRAMM 124 3.4 ADIABATE DROSSELUNG 125 3.5
FUELLEN EINES BEHAELTERS '. 129 3.6 TEMPERATURAUSGLEICH 130 3.7 EXERGIE
UND ANERGIE 132 3.7.1 BEGRENZTE UMWANDELBARKEIT DER INNEREN ENERGIE UND
DER WAERME 132 3.7.2 EXERGIE UND ANERGIE EINES STROEMENDEN FLUIDS 133
3.7.3 EXERGIE UND ANERGIE EINES GESCHLOSSENEN SYSTEMS 136 3.7.4 EXERGIE
UND ANERGIE DER WAERME 137 3.7.5 EXERGIEVERLUST 141 3.7.6 EXERGETISCHER
WIRKUNGSGRAD 144 3.7.7 ENERGIEQUALITAETSGRAD 144 3.7.8 ENERGIE- UND
EXERGIE-FLUSSBILD 144 KONTROLLFRAGEN 146 4 DAS IDEALE GAS IN MASCHINEN
UND ANLAGEN 147 4.1 KREISPROZESSE FUER WAERME- UND
VERBRENNUNGSKRAFTANLAGEN 147 4.1.1 VERGLEICHSPROZESSE 147 4.1.2
BEWERTUNGSZIFFERN FUER DIE IDEALISIERTEN KREISPROZESSE 147 4.1.3
BEWERTUNG DER ABWEICHUNG DER WIRKLICHEN VON IDEALISIERTEN PROZESSEN . .
. 149 4.2 KREISPROZESSE DER GASTURBINENANLAGEN 153 4.2.1 ARBEITSPRINZIP
DER GASTURBINENANLAGEN 153 4.2.2 JOULE-PROZESS ALS VERGLEICHSPROZESS DER
GASTURBINENANLAGE 154 4.2.3 ERICSSON-PROZESS ALS VERGLEICHSPROZESS DER
GASTURBINENANLAGE 161 4.2.4 DER WIRKLICHE PROZESS IN DER
GASTURBINENANLAGE 164 4.3 KREISPROZESS DES HEISSGASMOTORS 171 4.3.1
ARBEITSPRINZIP DES HEISSGASMOTORS 171 4.3.2 STIRLING-PROZESS ALS
VERGLEICHSPROZESS DES HEISSGASMOTORS 171 4.3.3 DER WIRKLICHE PROZESS IM
HEISSGASMOTORS 173 4.4 KREISPROZESSE DER VERBRENNUNGSMOTOREN 174 4.4.1
UEBERTRAGUNG DES ARBEITSPRINZIPS DER MOTOREN IN EINEN KREISPROZESS . . . .
174 4.4.2 OTTO-PROZESS ALS VERGLEICHSPROZESS DES VERBRENNUNGSMOTORS
(GLEICHRAUMPROZESS) 175 INHALTSVERZEICHNIS 4.4.3 DIESEL-PROZESS ALS
VERGLEICHSPROZESS DES VERBRENNUNGSMOTORS (GLEICHDRUCKPROZESS) 178 4.4.4
SEILIGER-PROZESS ALS VERGLEICHSPROZESS DES VERBRENNUNGSMOTORS (GEMISCHTER
VERGLEICHSPROZESS) 181 4.4.5 DER WIRKLICHE PROZESS IN DEN
VERBRENNUNGSMOTOREN 182 4.5 KOLBENVERDICHTER -. 183 4.5.1 DER
VERLUSTLOSE KOLBENVERDICHTER OHNE SCHADRAUM 183 4.5.2 BEWERTUNGSZIFFERN
FUER DEN KOLBENVERDICHTER ^ 188 KONTROLLFRAGEN 194 5 DER DAMPF UND SEINE
ANWENDUNG IN MASCHINEN UND ANLAGEN 195 5.1 DAS WIRKLICHE VERHALTEN DER
STOFFE 195 5.1.1 AGGREGATZUSTANDSAENDERUNGEN, PHASENWECHSEL 195 5.1.2
ZUSTANDSGIEICHUNGEN REALER GASE 199 5.1.3 P, V, R-DIAGRAMM 201 5.2
WASSERDAMPF 202 5.2.1 ZUSTANDSGIEICHUNGEN DES WASSERDAMPFES 202 5.2.2
KALORISCHE ZUSTANDSGROESSEN 203 5.2.3 GLEICHUNG VON CLAUSIUS UND CLAPEYRON
214 5.2.4 ZUSTANDSAENDERUNGEN DES WASSERDAMPFES 214 5.3 WASSERDAMPF IN
MASCHINEN UND ANLAGEN 217 5.3.1 ARBEITSPRINZIP DER DAMPFKRAFTANLAGEN 217
5.3.2 CLAUSIUS-RANKINE-PROZESS ALS VERGLEICHSPROZESS DER DAMPFKRAFTANLAGE
. . . 218 5.3.3 VERFAHREN ZUR ERHOEHUNG DES THERMISCHEN WIRKUNGSGRADES
223 5.3.4 ZWISCHENUEBERHITZEN. VERFAHREN ZUR VERRINGERUNG DES
WASSERGEHALTES IM ABDAMPF 228 5.3.5 DER WIRKLICHE PROZESS IN
DAMPFKRAFTANLAGEN 230 5.4 KOMBINIERTES GAS-DAMPF-KRAFTWERK (GUD-PROZESS)
235 5.4.1 ZWECK DER KOMBINATION 235 5.4.2 GRUNDSCHALTUNGEN DES
GAS-DAMPF-KRAFTWERKES 236 5.4.3 WIRKUNGSGRADE BEIM GAS-DAMPF-KRAFTWERK
238 5.4.4 SCHALTUNGSBEISPIELE 239 5.5 ORGANISCHE RANKINE-PROZESSE (ORC)
245 5.5.1 PROZESSVERLAUF 246 5.5.2 ORGANISCHE ARBEITSMEDIEN 246 5.6
LINKSLAUFENDE KREISPROZESSE MIT DAEMPFEN 251 KONTROLLFRAGEN 256 6
GEMISCHE 257 6.1 DIE ZUSAMMENSETZUNGEN VON GEMISCHEN 257 6.1.1 '
MASSENANTEIL 257 6.1.2 STOFFMENGENANTEIL (MOLANTEIL) 258 6.1.3 MOLARE
MASSE DES GEMISCHES 258 6.1.4 BELADUNG 259 6.2 IDEALE GEMISCHE 260 6.2.1
GESETZ VON AMAGAT 260 6.2.2 PARTIALDICHTE (MASSENKONZENTRATION) UND
GEMISCHDICHTE 261 6.2.3 RAUMANTEIL 262 6.2.4 DIE EXTENSIVEN
ZUSTANDSGROESSEN DES IDEALEN GEMISCHES 264 10 INHALTSVERZEICHNIS 6.3
GEMISCH IDEALER GASE 269 6.3.1 THERMISCHE ZUSTANDSGIEICHUNG 269 6.3.2
PARTIALDRUCK (GESETZ VON DALTON) ' 270 6.3.3 MISCHUNGSENTROPIE UND
EXERGIE EINES GEMISCHES IDEALER GASE 271 6.3.4 ZUSAMMENSETZUNG VON
GEMISCHEN IDEALER GASE 273 6.4 GAS-DAMPF-GEMISCH 277 6.4.1 TAUPUNKT ""
278 6.4.2 FEUCHTE LUFT 279 6.4.3 ZUSAMMENSETZUNG DER FEUCHTEN LUFT 279
6.4.4 SPEZIFISCHES VOLUMEN FEUCHTER LUFT 283 6.4.5 SPEZIFISCHE ENTHALPIE
FEUCHTER LUFT 284 6.4.6 /I,X-DIAGRAMM VON MOLLIER 286 6.4.7 EINFACHE
ISOBARE ZUSTANDSAENDERUNGEN FEUCHTER LUFT IM /J,X-DIAGRAMM . . . 289
KONTROLLFRAGEN 296 7 STROEMUNGSVORGAENGE 298 7.1 KONTINUITAETSGLEICHUNG 298
7.2 DER ERSTE HAUPTSATZ DER THERMODYNAMIK FUER STROEMUNGSVORGAENGE 299
7.2.1 ARBEITSPROZESSE 299 7.2.2 STROEMUNGSPROZESSE 304 7.3 KRAFTWIRKUNG
BEI STROEMUNGSVORGAENGEN 307 7.3.1 IMPULSSATZ - . 307 7.3.2 HAUPTGLEICHUNG
DER STROEMUNGSMASCHINEN 311 7.4 DUESEN-UND DIFFUSORSTROEMUNG 313 7.4.1
ENERGIEUMWANDLUNG IN DUESEN UND DIFFUSOREN 313 7.4.2 REIBUNGSFREIE
DUESENSTROEMUNG 314 7.4.3 SCHALLGESCHWINDIGKEIT 317 7.4.4 REIBUNGSFREIE
DIFFUSORSTROEMUNG 318 7.4.5 AUSBILDUNG EINER LAVAL-DUESE ODER EINES
UEBERSCHALL-DIFFUSORS 319 KONTROLLFRAGEN 323 8 WAERMEUEBERTRAGUNG 324 8.1
ARTEN DER WAERMEUEBERTRAGUNG 324 8.2 WAERMELEITUNG 324 8.2.1 EBENE WAND 324
8.2.2 ZYLINDRISCHE WAND 330 8.2.3 HOHLKUGELWAND 331 8.3 KONVEKTIVER
WAERMEUEBERGANG 331 8.3.1 WAERMEUEBERGANGSGESETZE 331 8.3.2
AEHNLICHKEITSTHEORIE DES WAERMEUEBERGANGS 332 8.3.3 WAERMEUEBERGANG BEIM
KONDENSIEREN UND VERDAMPFEN 343 8.4 TEMPERATURSTRAHLUNG 346 8.4.1
EINFUEHRUNG 346 8.4.2 WAERMEUEBERTRAGUNG DURCH STRAHLUNG 351 8.4.3 GAS- UND
FLAMMENSTRAHLUNG 352 8.5 WAERMEDURCHGANG 353 8.5.1 WAERMEDURCHGANGSGESETZE
353 8.5.2 BEEINFLUSSUNG DES WAERMEDURCHGANGS 355 8.5.3
ZWISCHENTEMPERATUREN 355 INHALTSVERZEICHNIS 11 8.6 WAERMEUEBERTRAGER 356
8.6.1 GEGEN-, GLEICH- UND KREUZSTROM 356 8.6.2 BERECHNUNGSVERFAHREN 358
8.6.3 VERFAHRENSOPTIMIERUNG BEI DER WAERMENUTZUNG 363 8.6.4
EXERGIEVERLUST IM WAERMEUEBERTRAGER 365 KONTROLLFRAGEN 367 9 VERBRENNUNG *
368 9.1 UMWANDLUNG DER BRENNSTOFFENERGIE 368 9.1.1 EIGENSCHAFTEN DER
BRENNSTOFFE 368 9.1.2 VERBRENNUNGSVORGANG 370 9.1.3 REAKTIONSGLEICHUNGEN
371 9.2 VERBRENNUNGSRECHNUNG 372 9.2.1 FESTE UND FLUESSIGE BRENNSTOFFE
372 9.2.2 GASFOERMIGE BRENNSTOFFE 380 9.2.3 NAEHERUNGSLOESUNGEN 384 9.3
VERBRENNUNGSKONTROLLE 385 9.3.1 MESSMETHODE 385 9.3.2 AUSWERTUNG DER
MESSUNG 386 9.3.3 VERBRENNUNGSDREIECKE 390 9.4 THEORETISCHE
VERBRENNUNGSTEMPERATUR 393 9.5 ABGASVERLUST UND FEUERUNGSTECHNISCHER
WIRKUNGSGRAD 399 9.5.1 KONVENTIONELLE VERBRENNUNGSANLAGEN 399 9.5.2
VERBRENNUNGSANLAGEN MIT KONDENSATION IM ABGAS 400 9.6 ABGASTAUPUNKT 403
9.7 EMISSIONEN AUS VERBRENNUNGSANLAGEN 404 9.7.1 EINFUEHRUNG 404 9.7.2
MINDERUNG DER SCHWEFELOXIDEMISSION 407 9.7.3 MINDERUNG STICKOXIDEMISSION
410 9.8 IRREVERSIBILITAET DER VERBRENNUNG. 413 9.8.1 ABSOLUTE ENTROPIE
413 9.8.2 BRENNSTOFFEXERGIE 414 9.8.3 EXERGIEVERLUST BEI DER VERBRENNUNG
417 KONTROLLFRAGEN 419 10 LOESUNGSERGEBNISSE DER AUFGABEN 420 11
ANTWORTEN AUF DIE KONTROLLFRAGEN 431 SCHRIFTTUM 446 VERZEICHNIS DER
BEISPIELE UND AUFGABEN 447 FORMELZEICHEN 449 WIEDERHOLUNG HAEUFIG
BENUTZTER TAFELN 452 SACHWORTVERZEICHNIS 463 12 VERZEICHNIS DER TAFELN
VERZEICHNIS DER TAFELN TL.L GENORMTE VORSILBEN FUER DEZIMALE VIELFACHE
UND TEILE VON EINHEITEN (AUSZUG) . . 16 T 1.2 BASISGROESSEN UND
BASISEINHEITEN DES SL-SYSTEMS 16 T 1.3 BASISGROESSEN UND BASISEINHEITEN
ZUR VERVOLLSTAENDIGUNG DES INTERNATIONALEN EINHEI- TENSYSTEMS 17 T 1.4
EINIGE ABGELEITETE GROESSENARTEN UND EINHEITEN DES INTERNATIONALEN
EINHEITENSYSTEMS 18 T1.5 DRUCKEINHEITEN 23 T 1.6 MITTLERE LAENGEN- UND
RAUMAUSDEHNUNGSKOEFFIZIENTEN 29 T 1.7A MITTLERE SPEZIFISCHE
WAERMEKAPAZITAET C PM \' 0 , C EINIGER METALLE 51 T1.7B WAHRE SPEZIFISCHE
WAERMEKAPAZITAET, C P EINIGER FESTER UND FLUESSIGER STOFFE . . . . 51 T 1.8
ENERGIEEINHEITEN 56 T2.1 STOFFWERTE VON GASEN 60 UND 452 T2.2 MITTLERE
MOLARE UND SPEZIFISCHE WAERMEKAPAZITAET BEI KONSTANTEM DRUCK FUER DEN
IDEALEN GASZUSTAND 68 UND 454 T 2.3 MOLARE WAERMEKAPAZITAETEN IDEALER GASE
70 T3.1 GEGENUEBERSTELLUNG VON DREI CARNOTPROZESSEN 114 T4.1
VERDICHTERWIRKUNGSGRADE 193 T 5.1 VERDAMPFUNGSENTHALPIE, SIEDETEMPERATUR
UND KRITISCHER PUNKT VERSCHIEDENER STOFFE 196 UND 453 T 5.2
SCHMELZENTHALPIE UND SCHMELZTEMPERATUREN EINIGER STOFFE 197 UND 453 T
5.3 TRIPELPUNKTE DES KOHLENDIOXIDS UND DES WASSERS 197 T5.4
WASSERDAMPFTAFEL, SAETTIGUNGSZUSTAND (DRUCKTAFEL) 208 UND 456 T 5.5
WASSERDAMPFTABELLE, UEBERHITZTER DAMPF 209 UND 458 T 5.6
UMWELT-GEFAEHRDUNGSPOTENTIAL EINIGER KAELTEMITTEL 247 T 6.1 PARTIALDRUCK
DES WASSERDAMPFES UND ABSOLUTE FEUCHTE IN GESAETTIGTER FEUCHTER LUFT UND
ANDEREN GESAETTIGTEN GASEN 278 UND 457 T8.1
WAERMEUEBERTRAGUNGSEIGENSCHAFTEN EINIGER FESTER STOFFE 325 UND 460 T 8.2
WAERMEUEBERTRAGUNGSEIGENSCHAFTEN EINIGER FLUESSIGKEITEN 326 UND 461 T8.3A
WAERMEUEBERTRAGUNGSEIGENSCHAFTEN VON TROCKENER LUFT BEI 1 BAR . . . . 327
UND 462 T8.3B WAERMEUEBERTRAGUNGSEIGENSCHAFTEN EINIGER GASE 326 UND 461 T
8.4 BERECHNUNGSGLEICHUNGEN FUER DEN WAERMEUEBERGANG 336 T 8.5
WAERMEUEBERGANGSKOEFFIZIENTEN (ANHALTSWERTE) 344 UND 462 T 8.6
EMISSIONSKOEFFIZIENT SENKRECHT ZUR FLAECHE E N FUER EINIGE KOERPER 349 T9.1
NORMVOLUMEN DER MINDESTLUFT- UND MINDESTVERBRENNUNGSGASMENGEN
(NAEHERUNGSGLEICHUNGEN) 385 T9.2 CO 2 -BILDUNG VERSCHIEDENER BRENNSTOFFE,
BEZ. AUF DIE BRENNSTOFFENERGIE [27] . . . . 405 T 9.3
EMISSIONSGRENZWERTE FUER NEUANLAGEN MIT Q H 300 MW IN DER BR
DEUTSCHLAND . . 405 T9.4 MOLARE ABSOLUTE ENTROPIE S MB IM
STANDARDZUSTAND 413 T 9.5 MOLARER BRENNWERT H OM , MOLARER HEIZWERT H UM
UND MOLARE EXERGIE E M EINIGER EINFACHER BRENNSTOFFE BEI 25 C C, 1,01325
BAR 416 T 9.6 SPEZIFISCHER BRENNWERT H O UND SPEZIFISCHE EXERGIE E*
EINIGER FLUESSIGER UND FESTER BRENNSTOFFE BEI 25 C 1,01325 BAR * 416 DIE
UEBERSICHT DER BENUTZTEN FORMELZEICHEN BEFINDET SICH AUF DEN SEITEN 449
BIS 451 |
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