Technische Thermodynamik: theoretische Grundlagen und praktische Anwendungen ; mit 38 Tafeln, 129 Beispielen, 137 Aufgaben und 181 Kontrollfragen
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| Vorheriger Titel: | Cerbe, Günter Einführung in die Thermodynamik |
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| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
München [u.a.]
Hanser
2005
|
| Ausgabe: | 14., neu bearb. Aufl. |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | 523 S. graph. Darst. |
| ISBN: | 3446402810 |
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Inhaltsverzeichnis
Formelzeichen.................................. 13
1 Grundlagen der Thermodynamik......................... 17
1.1 Aufgabe der Thermodynamik......................... 17
1.2 Größen und Einheitensysteme........................ 17
1.2.1 Physikalische Größen und Größenarten................. 17
1.2.2 Größengleichungen.......................... 18
1.2.3 Zahlenwertgleichungen......-................... 19
1.2.4 Einheitensysteme........................... 20
1.3 Thermische Zustandsgrößen......................... 23
1.3.1 Volumen............................... 23
1.3.2 Druck................................ 24
1.3.3 Temperatur.............................. 29
1.4 Thermische Zustandsgieichung........................ 32
1.4.1 Thermische Zustandsgieichung eines homogenen Systems.......... 32
1.4.2 Thermische Zustandsgieichung des idealen Gases............. 32
1.5 Mengenmaße Kilomol und Normvolumen; molare Gaskonstante.......... 36
1.5.1 Kilomol............................... 36
1.5.2 Normvolumen............................ 37
1.5.3 Molare Gaskonstante......................... 38
1.6 Thermische Ausdehnung........................... 40
1.6.1 Längenänderung........................... 40
1.6.2 Volumenänderung........................... 42
1.7 Thermodynamisches System......................... 46
1.7.1 Systeme und Systemgrenzen...................... 46
1.7.2 Zustandsgrößen und Prozessgrößen................... 47
1.7.3 Zustandsänderungen und Prozesse.................... 48
Kontrollfragen............................... 51
2 Erster Hauptsatz der Thermodynamik....................... 52
2.1 Energieerhaltung, Energiebilanz........................ 52
2.2 Arbeit am geschlossenen System....................... 52
2.3 Innere Energie............................... 56
2.4 Wärme.................................. 58
2.5 Arbeit am offenen System und Enthalpie.................... 60
2.6 Formulierungen des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik........... 66
2.7 Kalorische Zustandsgieichungen........................ 68
2.7.1 Kalorische Zustandsgieichungen eines homogenen Systems......... 68
2.7.2 Spezifische Wärmekapazitäten eines homogenen Systems.......... 68
2.7.3 Kalorische Zustandsgieichungen des idealen Gases............. 72
2.7.4 Spezifische Wärmekapazitäten des idealen Gases............. 75
2.7.5 Molare Wärmekapazitäten des idealen Gases............... 78
Kontrollfragen............................... 80
8 Inhaltsverzeichnis
3 Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik....................... 82
3.1 Definition der Entropie ........................... 82
3.2 Entropie und zweiter Hauptsatz der Thermodynamik............... 84
3.3 ^S-Diagramm................................ 85
3.4 Einfache Zustandsänderungen des idealen Gases................. 86
3.4.1 Isochore Zustandsänderung....................... 88
3.4.2 Isobare Zustandsänderung........................ 91
3.4.3 Isotherme Zustandsänderung...................... 95
3.4.4 Isentrope Zustandsänderung....................... 100
3.4.5 Polytrope Zustandsänderung....................... 106
3.4.6 Zustandsänderungen in adiabaten Systemen................ 115
3.5 Kreisprozesse................................ 118
3.5.1 Kontinuierlicher Ablauf in Kreisprozessen................. 118
3.5.2 Arbeit und Prozessverlauf........................ 119
3.5.3 Wärmekraftmaschine.......................... 123
3.5.4 Grenzen der thermischen Energieumwandlung............... 126
3.5.5 Vergleich reversibler und irreversibler Kreisprozesse............ 129
3.5.6 Wärmepumpe und Kältemaschine.................... 132
3.6 Adiabate Drosselung............................. 137
3.7 Füllen eines Behälters............................ 141
3.8 Temperaturausgleich............................. 142
3.9 Exergie und Anergie............................. 146
3.9.1 Begrenzte Umwandelbarkeit der inneren Energie und der Wärme...... 146
3.9.2 Exergie und Anergie eines strömenden
3.9.3 Exergie und Anergie eines geschlossenen Systems............. 151
3.9.4 Exergie und Anergie der Wärme..................... 152
3.9.5 Exergieverlust............................. 157
3.9.6 Exergetischer Wirkungsgrad....................... 160
3.9.7 Energiequalitätsgrad.......................... 160
3.9.8 Energie- und Exergie-Flussbild...................... 161
Kontrollfragen................................ 162
4 Das ideale Gas in Maschinen und Anlagen...................... 165
4.1 Kreisprozesse für Wärme- und Verbrennungskraftanlagen............. 165
4.1.1 Vergleichsprozesse........................... 165
4.1.2 Bewertungszahlen für die Kreisprozesse.................. 166
4.2 Kreisprozesse der Gasturbinenanlagen..................... 172
4.2.1 Arbeitsprinzip der Gasturbinenanlagen.................. 172
4.2.2 Joule-Prozess als Vergleichsprozess der Gasturbinenanlage.......... 173
4.2.3 Ericsson-Prozess als Vergleichsprozess der Gasturbinenanlage........ 181
4.2.4 Der wirkliche Prozess in der Gasturbinenanlage.............. 184
4.3 Kreisprozess des Heißgasmotors........................ 191
4.3.1 Arbeitsprinzip des Heißgasmotors.................... 191
4.3.2 Stirling-Prozess als Vergleichsprozess des Heißgasmotors........... 191
4.3.3 Der wirkliche Prozess im Heißgasmotor.................. 193
Inhaltsverzeichnis
4.4 Kreisprozesse der Verbrennungsmotoren.................... 195
4 4.1 Übertragung des Arbeitsprinzips der Motoren in einen Kreisprozess..... 195
4 4.2 Otto-Prozess als Vergleichsprozess des Verbrennungsmotors (Gleichraumprozess) 195
4 4.3 Diesel-Prozess als Vergleichsprozess des Verbrennungsmotors
(Gleichdruckprozess)......................... 199
4.4.4 Seiliger-Prozess als Vergleichsprozess des Verbrennungsmotors
(Gemischter Vergleichsprozess)..................... 201
4.4.5 Der wirkliche Prozess in den Verbrennungsmotoren............ 203
4.5 Kolbenverdichter.............................. 204
4.5.1 Der verlustlose Kolbenverdichter ohne Schadraum............. 204
4.5.2 Bewertungszahlen für den Kolbenverdichter................ 209
Kontrollfragen............................... 216
5 Der Dampf und seine Anwendung in Maschinen und Anlagen............. 217
5.1 Das reale Verhalten der Stoffe........................ 217
5.1.1 Aggregatzustandsänderungen, Phasenwechsel............... 217
5.1.2 Thermische Zustandsgieichungen realer
5.1.3
5.2 Wasserdampf................................ 225
5.2.1 Zustandsgieichungen des Wasserdampfes................. 225
5.2.2 Spezifische Zustandsgrößen....................... 226
5.2.3 Gleichung von Clausius und Clapeyron.................. 237
5.2.4 Zustandsänderungen des Wasserdampfes................. 238
5.3 Dampfkraftanlagen............................. 241
5.3.1 Arbeitsprinzip der Dampfkraftanlagen.................. 241
5.3.2 Clausius-Rankine-Prozess als Vergleichsprozess der Dampfkraftanlage .... 242
5.3.3 Verfahren zur Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades ......... 247
5.3.4 Zwischenüberhitzen. Verfahren zur Verringerung des Wassergehaltes im
Abdampf............................... 253
5.3.5 Der wirkliche Prozess in Dampfkraftanlagen............... 255
5.4 Kombiniertes Gas-Dampf-Kraftwerk (GUD-Prozess)............... 262
5.4.1 Zweck der Kombination........................ 262
5.4.2 Grundschaltung des Gas-Dampf-Kraftwerkes............... 262
5.4.3 Wirkungsgrade beim Gas-Dampf-Kraftwerk................ 264
5.4.4 Schaltungsbeispiele.......................... 266
5.5 Organische Rankine-Prozesse
5.5.1 Prozessverlauf............................ 272
5.5.2 Organische Arbeitsfluide........................ 273
5.6 Linkslaufende Kreisprozesse mit Dämpfen................... 278
Kontrollfragen............................... 283
6
6.1 Die Zusammensetzungen von Gemischen.................... 285
6.1.1 Massenanteil............................. 285
6.1.2 Stoffmengenanteil (Molanteil)...................... 286
6.1.3 Molare Masse des Gemisches...................... 286
6.1.4 Beladung.............................. 287
10 Inhaltsverzeichnis
6.2 Ideale Gemische............................... 289
6.2.1 Gesetz von Amagat.......................... 289
6.2.2 Partialdichte (Massenkonzentration) und Gemischdichte........... 290
6.2.3 Raumanteil.............................. 291
6.2.4 Die extensiven Zustandsgrößen des idealen Gemisches........... 293
6.3 Gemisch idealer Gase ............................ 298
6.3.1 Thermische Zustandsgieichung...................... 298
6.3.2 Partialdruck (Gesetz von
6.3.3 Mischungsentropie und Exergie eines Gemisches idealer Gase........ 299
6.3.4 Zusammensetzung von Gemischen idealer Gase.............. 302
6.4 Gas-Dampf-Gemisch............................. 305
6.4.1 Taupunkt............................... 307
6.4.2 Feuchte Luft............................. 307
6.4.3 Zusammensetzung der feuchten Luft................... 307
6.4.4 Spezifisches Volumen feuchter Luft.................... 311
6.4.5 Spezifische Enthalpie feuchter Luft.................... 313
6.4.6
6.4.7 Einfache
Kontrollfragen................................ 325
7 Strömungsvorgänge................................ 327
7.1 Kontinuitätsgleichung............................. 327
7.2 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik für Strömungsvorgänge.......... 328
7.2.1 Arbeitsprozesse............................ 328
7.2.2 Strömungsprozesse........................... 333
7.3 Kraftwirkung bei Strömungsvorgängen..................... 337
7.3.1 Impulssatz.............................. 337
7.3.2 Hauptgleichung der Strömungsmaschinen................. 341
7.4 Düsen- und Diffusorströmung......................... 342
7.4.1 Energieumwandlung in Düsen und
7.4.2 Reibungsfreie Düsenströmung...................... 344
7.4.3 Schallgeschwindigkeit.......................... 348
7.4.4 Reibungsfreie Diffusorströmung..................... 348
7.4.5 Ausbildung einer Laval-Düse oder eines Überschall-Diffusors........ 349
Kontrollfragen................................ 354
8 Wärmeübertragung................................ 355
8.1 Arten der Wärmeübertragung......................... 355
8.2 Wärmeleitung................................ 355
8.2.1 Ebene Wand............................. 355
8.2.2 Zylindrische Wand........................... 361
8.2.3 Hohlkugelwand............................ 362
8.3 Konvektiver Wärmeübergang......................... 363
8.3.1 Wärmeübergangsbeziehungen...................... 363
8.3.2 Ähnlichkeitstheorie des Wärmeübergangs................. 364
8.3.3 Wärmeübergang beim Kondensieren und Verdampfen............ 375
8.4 Temperaturstrahlung............................. 379
8.4.1 Einführung.............................. 379
8.4.2 Wärmeübertragung durch Strahlung................... 384
8.4.3 Gas- und Flammenstrahlung....................... 385
Inhaltsverzeichnis
8.5 Wärmedurchgang.............................. 386
8.5.1 Wärmedurchgangsbeziehungen..................... 386
8.5.2 Beeinflussung des Wärmedurchgangs................... 388
8.5.3 Zwischentemperaturen......................... 389
8.6 Wärmeübertrager.............................. 389
8.6.1 Gegen-, Gleich- und Kreuzstrom.................... 390
8.6.2 Berechnungsverfahren......................... 393
8.6.3 Verfahrensoptimierung bei der Wärmenutzung .............. 397
8.6.4 Exergieverlust im Wärmeübertrager................... 398
Kontrollfragen............................... 400
9 Energieumwandlung durch Verbrennung und in Brennstoffzellen............ 402
9.1 Umwandlung der Brennstoffenergie durch Verbrennung............. 402
9.1.1 Verbrennungstechnische Eigenschaften der Brennstoffe........... 402
9.1.2 Verbrennungsvorgang......................... 404
9.1.3 Reaktionsgleichungen......................... 405
9.2 Verbrennungsrechnung............................ 406
9.2.1 Feste und flüssige Brennstoffe...................... 406
9.2.2 Gasförmige Brennstoffe........................ 415
9.2.3 Näherungslösungen.......................... 419
9.3 Verbrennungskontrolle............................ 420
9.3.1 Messmethode............................. 420
9.3.2 Auswertung der Messung........................ 421
9.3.3 Verbrennungsdreiecke......................... 424
9.4 Theoretische Verbrennungstemperatur..................... 428
9.5 Abgasverlust und feuerungstechnischer Wirkungsgrad.............. 433
9.5.1 Konventionelle Verbrennungsanlagen.................. 433
9.5.2 Verbrennungsanlagen mit Kondensation im Abgas............. 435
9.6 Abgastaupunkt............................... 438
9.7 Emissionen aus Verbrennungsanlagen..................... 439
9.7.1 Einführung.............................. 439
9.7.2 Minderung der Schwefeloxidemission.................. 442
9.7.3 Minderung der Stickoxidemission.................... 444
9.8 Chemische Reaktionen und Irreversibilität der Verbrennung........... 447
9.8.1 Enthalpie, Entropie, freie Enthalpie................... 447
9.8.2 Brennstoffexergie........................... 454
9.8.3 Exergieverlust bei der Verbrennung................... 459
9.9 Brennstoffzellen .............................. 461
9.9.1 Wirkprinzip............................. 461
9.9.2 Energetische Bewertung........................ 461
9.9.3 Bauarten............................... 465
Kontrollfragen............................... 469
10 Lösungsergebnisse der Aufgaben......................... 471
12 Inhaltsverzeichnis
11 Antworten auf die Kontrollfragen......................... 481
11.1 Grundlagen der Thermodynamik....................... 481
11.2 Erster Hauptsatz der Thermodynamik..................... 482
11.3 Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik.................... 484
11.4 Das ideale Gas in Maschinen und Anlagen.................. 487
11.5 Der Dampf und seine Anwendung in Maschinen und Anlagen.......... 488
11.6 Gemische................................. 490
11.7 Strömungsvorgänge ............................ 492
11.8 Wärmeübertragung............................. 492
11.9 Energieumwandlung durch Verbrennung und in Brennstoffzellen......... 494
Anhang...................................... 496
AI Schrifttum................................... 496
A2 Nachweis verwendeter Unterlagen........................ 497
A3 Wiederholung häufig benutzter Tafeln....................... 498
Sachwortverzeichnis................................. 514
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Beschreibung
THWS Schweinfurt Zentralbibliothek Lesesaal
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2000 UG 1200 C411(14) |
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