Technische Thermodynamik: theoretische Grundlagen und praktische Anwendungen ; mit 40 Tafeln, 135 Beispielen, 138 Aufgaben und 182 Kontrollfragen
Gespeichert in:
| Hauptverfasser: | , |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
München
Hanser
2013
|
| Ausgabe: | 17., überarb. Aufl. |
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| Online-Zugang: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | 545 S. graph. Darst. 24 cm |
| ISBN: | 9783446436381 3446436383 |
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7
INHALTSVERZEICHNIS
FORMELZEICHEN
13
1
GRUNDLAGEN
DERTHERMODYNAMIK
1.1
AUFGABE
DER
THERMODYNAMIK
1.2
GROESSEN
UND
EINHEITENSYSTEME
1.2.1
PHYSIKALISCHE
GROESSEN
UND
GROESSENARTEN
1.2.2
GROESSENGLEICHUNGEN
.
.
1.2.3
ZAHLENWERTGLEICHUNGEN
.
1.2.4
EINHEITENSYSTEME
.
.
1.3
THERMISCHE
ZUSTANDSGROESSEN
1.3.1
VOLUMEN.
.
1.3.2
DRUCK.
.
.
.
.
.
.
1.3.3
TEMPERATUR.
.
.
.
.
1.4
THERMISCHE
ZUSTANDSGLEICHUNG
1.4.1
THERMISCHE
ZUSTANDSGLEICHUNG
EINES
HOMOGENEN
SYSTEMS
.
1.4.2
THERMISCHE
ZUSTANDSGLEICHUNG
DESIDEALEN
GASES
.
.
.
.
1.5
MENGENMASSE
KILOMOL
UND
NORMVOLUMEN;
MOLARE
GASKONSTANTE.
1.5.1
KILOMOL
.
.
.
.
.
.
1.5.2
NORMVOLUMEN
1.5.3
MOLARE
GASKONSTANTE
1.6
THERMISCHE
AUSDEHNUNG
.
1.6.1
LAENGENAENDERUNG
.
1.6.2
VOLUMENAENDERUNG
.
1.7
THERMODYNAMISCHES
SYSTEM
1.7.1
SYSTEME
UND
SYSTEMGRENZEN
1.7.2
ZUSTANDSGROESSEN
UND
PROZESSGROESSEN
1.7.3
ZUSTANDSAENDERUNGEN
UND
PROZESSE.
KONTROLLFRAGEN
.
.
.
.
.
.
.
.
17
17
17
17
18
19
20
23
23
24
29
32
32
32
36
36
37
38
40
40
42
46
46
47
48
51
2
ERSTERHAUPTSATZ
DERTHERMODYNAMIK
2.1
ENERGIEERHALTUNG,
ENERGIEBILANZ
.
2.2
ARBEIT
AMGESCHLOSSENEN
SYSTEM
2.3
INNERE
ENERGIE
.
.
.
.
.
.
.
.
2.4
WAERME
.
2.5
ARBEIT
AMOFFENEN
SYSTEM
UND
ENTHALPIE
.
2.6
FORMULIERUNGEN
DESERSTEN
HAUPTSATZES
DER
THERMODYNAMIK
2.7
KALORISCHE
ZUSTANDSGLEICHUNGEN.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
2.7.1
KALORISCHE
ZUSTANDSGLEICHUNGEN
EINES
HOMOGENEN
SYSTEMS
2.7.2
SPEZIFISCHE
WAERMEKAPAZITAETEN
EINES
HOMOGENEN
SYSTEMS
2.7.3
KALORISCHE
ZUSTANDSGLEICHUNGEN
DESIDEALEN
GASES.
2.7.4
SPEZIFISCHE
WAERMEKAPAZITAETEN
DESIDEALEN
GASES
2.7.5
MOLARE
WAERMEKAPAZITAETEN
DESIDEALEN
GASES
KONTROLLFRAGEN
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
52
52
52
56
58
60
66
68
68
68
72
75
78
80
8
INHALTSVERZEICHNIS
3 ZWEITER
HAUPTSATZ
DERTHERMODYNAMIK
3.1
AUSSAGEN
DESZWEITENHAUPTSATZES
3.2
ENTROPIE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
3.2.1
EINFUEHRUNG
DERENTROPIE
3.2.2
ENTROPIEBILANZEN
.
3.2.3
T,S-DIAGRAMM.
.
3.3
FUNDAMENTALGLEICHUNGEN
3.4
EINFACHE
ZUSTANDSAENDERUNGEN
DESIDEALEN
GASES
3.4.1
ISOCHORE
ZUSTANDSAENDERUNG
.
3.4.2
ISOBARE
ZUSTANDSAENDERUNG.
.
3.4.3
ISOTHERME
ZUSTANDSAENDERUNG
3.4.4
ISENTROPE
ZUSTANDSAENDERUNG
.
3.4.5
POLYTROPE
ZUSTANDSAENDERUNG.
3.4.6
ZUSTANDSAENDERUNGEN
INADIABATEN
SYSTEMEN
3.5
KREISPROZESSE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
3.5.1
KONTINUIERLICHER
ABLAUF
INKREISPROZESSEN
3.5.2
ARBEIT
UNDPROZESSVERLAUF
.
.
.
.
.
.
.
3.5.3
WAERMEKRAFTMASCHINE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
3.5.4
GRENZEN
DERTHERMISCHEN
ENERGIEUMWANDLUNG
3.5.5
VERGLEICHREVERSIBLER
UNDIRREVERSIBLER
KREISPROZESSE
3.5.6
WAERMEPUMPE
UNDKAELTEMASCHINE
3.6
ADIABATE
DROSSELUNG
3.7
INSTATIONAERE
PROZESSE
3.7.1
FUELLENEINESBEHAELTERS
3.7.2
TEMPERATURAUSGLEICH
3.8
WAERMETRANSPORT
.
.
.
.
.
.
3.8.1
ENTROPIEERZEUGUNG
BEIMWAERMETRANSPORT
3.8.2
THERMODYNAMISCHE
MITTELTEMPERATUR
.
.
3.9
EXERGIE
UNDANERGIE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
3.9.1
BEGRENZTE
UMWANDELBARKEIT
DERINNEREN
ENERGIE
UNDDERWAERME
3.9.2
EXERGIE
UNDANERGIE
EINESSTROEMENDEN
FLUIDS
.
.
3.9.3
EXERGIE
UNDANERGIE
EINESGESCHLOSSENEN
SYSTEMS
3.9.4
EXERGIE
UNDANERGIE
DERWAERME
3.9.5
EXERGIEVERLUST
.
.
.
.
.
.
.
.
3.9.6
EXERGETISCHER
WIRKUNGSGRAD
.
.
3.9.7
ENERGIE-
UNDEXERGIE-FLUSSBILD
.
KONTROLLFRAGEN
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
82
82
82
82
84
88
89
90
91
94
98
103
109
118
121
121
122
126
129
132
137
140
144
144
145
149
149
150
152
152
153
157
158
162
165
165
167
4.1
KREISPROZESSE
FUERWAERME-UNDVERBRENNUNGSKRAFTANLAGEN
4.1.1
VERGLEICHSPROZESSE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
4.1.2
BEWERTUNGSZAHLEN
FUERDIEKREISPROZESSE.
4.2
KREISPROZESSE
DERGASTURBINENANLAGEN
4.2.1
ARBEITSPRINZIP
DER
GASTURBINENANLAGEN
.
.
.
.
.
.
.
.
.
4.2.2
JOULE-PROZESS
ALSVERGLEICHSPROZESS
DER
GASTURBINENANLAGE
.
170
170
170
171
177
177
178
4
DASIDEALE
GASINMASCHINEN
UNDANLAGEN
.
INHALTSVERZEICHNIS
9
4.2.3 ERICSSON-PROZESS
ALSVERGLEICHSPROZESS
DER
GASTURBINENANLAGE
4.2.4
DER
WIRKLICHE
PROZESS
INDER
GASTURBINENANLAGE
4.3
KREISPROZESS
DES
HEISSGASMOTORS
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
4.3.1
ARBEITSPRINZIP
DESHEISSGASMOTORS
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
4.3.2
STIRLING-PROZESS
ALSVERGLEICHSPROZESS
DESHEISSGASMOTORS
4.3.3
DER
WIRKLICHE
PROZESS
IMHEISSGASMOTOR
186
189
197
197
197
199
4.4
KREISPROZESSE
DER
VERBRENNUNGSMOTOREN
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
201
4.4.1
UEBERTRAGUNG
DESARBEITSPRINZIPS
DER
MOTOREN
INEINEN
KREISPROZESS
201
4.4.2
OTTO-PROZESS
ALSVERGLEICHSPROZESS
DESVERBRENNUNGSMOTORS
(GLEICHRAUMPROZESS)
201
4.4.3
DIESEL-PROZESS
ALSVERGLEICHSPROZESS
DESVERBRENNUNGSMOTORS
(GLEICHDRUCKPROZESS)
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
205
4.4.4
SEILIGER-PROZESS
ALSVERGLEICHSPROZESS
DESVERBRENNUNGSMOTORS
(GEMISCHTER
VERGLEICHSPROZESS)
.
.
.
.
.
.
.
.
.
207
4.4.5
DER
WIRKLICHE
PROZESS
INDEN
VERBRENNUNGSMOTOREN
209
4.5
KOLBENVERDICHTER
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
4.5.1
DER
VERLUSTLOSE
KOLBENVERDICHTER
OHNE
SCHADRAUM
.
4.5.2
BEWERTUNGSZAHLEN
FUERDEN
KOLBENVERDICHTER
.
KONTROLLFRAGEN
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
210
210
215
222
5
DERDAMPF
UNDSEINE
ANWENDUNG
INMASCHINENUNDANLAGEN
.
5.1
DAS
REALE
VERHALTEN
DER
STOFFE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
5.1.1
AGGREGATZUSTANDSAENDERUNGEN.
PHASENWECHSEL
.
5.1.2
THERMISCHE
ZUSTANDSGLEICHUNGEN
REALER
FLUIDE
5.1.3
P,V,T-DIAGRAMM
5.2
WASSERDAMPF.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
5.2.1
ZUSTANDSGLEICHUNGEN
DESWASSERDAMPFES
5.2.2
SPEZIFISCHE
ZUSTANDSGROESSEN.
.
.
.
.
.
5.2.3
GLEICHUNG
VON
CLAUSIUS
UND
CLAPEYRON
.
5.2.4
ZUSTANDSAENDERUNGEN
DESWASSERDAMPFES
5.3
DAMPFKRAFTANLAGEN
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
5.3.1
ARBEITSPRINZIP
DER
DAMPFKRAFTANLAGEN
.
5.3.2
CLAUSIUS-RANKINE-PROZESS
ALSVERGLEICHSPROZESS
DER
DAMPFKRAFTANLAGE
5.3.3
VERFAHREN
ZURERHOEHUNG
DESTHERMISCHEN
WIRKUNGSGRADES
.
5.3.4
ZWISCHENUEBERHITZEN.
VERFAHREN
ZURVERRINGERUNG
DESWASSERGEHALTES
IM
ABDAMPF
.
5.3.5
DER
WIRKLICHE
PROZESS
INDAMPFKRAFTANLAGEN
5.4
KOMBINIERTES
GAS-DAMPF-KRAFTWERK
(GUD-PROZESS)
5.4.1
ZWECK
DER
KOMBINATION
.
.
.
.
.
.
.
.
.
5.4.2
GRUNDSCHALTUNG
DESGAS-DAMPF-KRAFTWERKES
5.4.3
WIRKUNGSGRADE
BEIM
GAS-DAMPF-KRAFTWERK
.
5.4.4
SCHALTUNGSBEISPIELE
.
.
.
.
.
5.5
ORGANISCHE
RANKINE-PROZESSE
(ORC)
5.5.1
PROZESSVERLAUF
.
.
.
.
.
.
.
5.5.2
ORGANISCHE
ARBEITSFLUIDE
.
.
.
5.6
LINKSLAUFENDE
KREISPROZESSE
MITDAEMPFEN
KONTROLLFRAGEN
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
223
223
223
227
230
231
231
232
243
244
247
247
248
253
259
261
268
268
268
270
272
278
278
279
284
289
10
INHALTSVERZEICHNIS
6 GEMISCHE
6.1
ZUSAMMENSETZUNG
VON
GEMISCHEN
6.1.1
MASSENANTEIL
.
.
.
.
.
.
6.1.2
STOFFMENGENANTEIL
(MOLANTEIL)
6.1.3
MOLARE
MASSE
DES
GEMISCHES
6.1.4
BELADUNG
.
.
.
.
.
6.2
IDEALE
GEMISCHE.
.
.
.
.
.
.
.
.
6.2.1
GESETZ
VON
AMAGAT
"
6.2.2
PARTIALDICHTE
(MASSENKONZENTRATION)
UND
GEMISCHDICHTE
6.2.3
RAUMANTEIL
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
6.2.4
DIE
EXTENSIVEN
ZUSTANDSGROESSEN
DESIDEALEN
GEMISCHES
6.3
GEMISCH
IDEALER
GASE
.
6.3.1
THERMISCHE
ZUSTANDSGLEICHUNG.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
6.3.2
PARTIALDRUCK
(GESETZ
VON
DALTON).
.
.
.
.
.
.
.
.
.
6.3.3
MISCHUNGSENTROPIE
UND
EXERGIE
EINES
GEMISCHES
IDEALER
GASE
6.3.4
ZUSAMMENSETZUNG
VON
GEMISCHEN
IDEALER
GASE
6.4
GAS.DAMPFGEMISCH;
FEUCHTE
LUFT
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
6.4.1
SAETTIGUNGSZUSTAND,
TAUPUNKT.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
6.4.2
FEUCHTE
LUFT
ALSBEISPIEL
EINES
GAS-DAMPF-GEMISCHES
.
6.4.3
ZUSAMMENSETZUNG
FEUCHTER
LUFT
.
.
6.4.4
SPEZIFISCHES
VOLUMEN
FEUCHTER
LUFT
.
6.4.5
SPEZIFISCHE
ENTHALPIE
FEUCHTER
LUFT
.
6.4.6
H,XDIAGRAMM
VON
MOLLIER
.
.
.
.
.
.
.
.
6.4.7
EINFACHE
ISOBARE
ZUSTANDSAENDERUNGEN
FEUCHTER
LUFT
IMH,XDIAGRAMM
.
KONTROLLFRAGEN
.
7
STROEMUNGSVORGAENGE
.
7.1
KONTINUITAETSGLEICHUNG.
7.2
DER
ERSTE
HAUPTSATZ
DER
THERMODYNAMIK
FUER
STROEMUNGSVORGAENGE
.
7.2.1
ARBEITSPROZESSE
.
.
.
.
.
.
.
7.2.2
STROEMUNGSPROZESSE
.
.
.
.
.
.
7.3
KRAFTWIRKUNG
BEI
STROEMUNGSVORGAENGEN
7.3.1
IMPULSSATZ
"
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
7.3.2
HAUPTGLEICHUNG
DER
STROEMUNGSMASCHINEN
7.4
DUESEN-
UND
DIFFUSORSTROEMUNG
.
.
.
.
.
.
.
.
7.4.1
ENERGIEUMWANDLUNG
INDUESEN
UND
DIFFUSOREN
7.4.2
REIBUNGSFREIE
DUESENSTROEMUNG
.
.
.
.
.
.
.
7.4.3
SCHALLGESCHWINDIGKEIT.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
7.4.4
REIBUNGSFREIE
DIFFUSORSTROEMUNG
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
7.4.5
AUSBILDUNG
EINER
LAVAL-DUESE
ODER
EINES
UEBERSCHALL-
DIFFUSORS
KONTROLLFRAGEN
.
291
291
291
292
292
293
295
295
296
297
299
304
304
304
305
308
311
311
313
314
318
319
321
324
332
335
335
336
336
341
345
345
349
350
350
352
356
356
357
362
8WAERMEUEBERTRAGUNG
.
8.1
ARTEN
DER
WAERMEUEBERTRAGUNG
8.2
WAERMELEITUNG
.
.
.
.
.
8.2.1
EBENE
WAND
8.2.2
ZYLINDRISCHE
WAND
8.2.3
HOHLKUGELWAND
.
8.3
KONVEKTIVER
WAERMEUEBERGANG
8.3.1
WAERMEUEBERGANGSBEZIEHUNGEN
363
363
363
363
369
370
371
371
INHALTSVERZEICHNIS
11
8.3.2 AEHNLICHKEITSTHEORIE
DESWAERMEUEBERGANGS
.
.
.
.
.
.
8.3.3
WAERMEUEBERGANG
BEIM
KONDENSIEREN
UND
VERDAMPFEN
8.4
TEMPERATURSTRAHLUNG
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
8.4.1
EINFUEHRUNG.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
8.4.2
WAERMEUEBERTRAGUNG
DURCH
STRAHLUNG
8.4.3
GAS-
UND
FLAMMENSTRAHLUNG
.
8.5
WAERMEDURCHGANG
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
8.5.1
WAERMEDURCHGANGSBEZIEHUNGEN
.
.
8.5.2
BEEINFLUSSUNG
DESWAERMEDURCHGANGS
.
8.5.3
ZWISCHENTEMPERATUREN
.
.
.
.
.
8.6
WAERMEUEBERTRAGER
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
8.6.1
GEGEN-,
GLEICH-
UND
KREUZSTROM
8.6.2
BERECHNUNGSVERFAHREN
.
.
.
.
.
8.6.3
VERFAHRENSOPTIMIERUNG
BEIDER
WAERMENUTZUNG
8.6.4
EXERGIEVERLUST
IMWAERMEUEBERTRAGER
KONTROLLFRAGEN
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
372
383
387
387
392
393
394
394
396
397
397
398
401
405
406
408
9
ENERGIEUMWANDLUNG
DURCHVERBRENNUNGUNDINBRENNSTOFFZELLEN
.
9.1
UMWANDLUNG
DER
BRENNSTOFFENERGIE
DURCH
VERBRENNUNG
.
.
9.1.1
VERBRENNUNGSTECHNISCHE
EIGENSCHAFTEN
DER
BRENNSTOFFE.
9.1.2
VERBRENNUNGSVORGANG
9.1.3
REAKTIONSGLEICHUNGEN
.
.
.
.
9.2
VERBRENNUNGSRECHNUNG
.
.
.
.
.
.
.
9.2.1
FESTE
UND
FLUESSIGE
BRENNSTOFFE.
9.2.2
GASFOERMIGE
BRENNSTOFFE
9.2.3
NAEHERUNGSLOESUNGEN
9.3
VERBRENNUNGSKONTROLLE
.
.
9.3.1
MESSMETHODE.
.
.
9.3.2
AUSWERTUNG
DER
MESSUNG.
9.3.3
VERBRENNUNGSDREIECKE
.
.
9.4
THEORETISCHE
VERBRENNUNGSTEMPERATUR
9.5
ABGASVERLUST
UND
FEUERUNGSTECHNISCHER
WIRKUNGSGRAD
9.5.1
KONVENTIONELLE
VERBRENNUNGSANLAGEN
9.5.2
VERBRENNUNGSANLAGEN
MITKONDENSATION
IMABGAS
9.6
ABGASTAUPUNKT
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
9.7
EMISSIONEN
AUSVERBRENNUNGSANLAGEN
9.7.1
EINFUEHRUNG.
.
.
.
.
.
.
.
.
9.7.2
MINDERUNG
DER
SCHWEFELOXIDEMISSION
9.7.3
MINDERUNG
DER
STICKOXIDEMISSION
.
9.7.4
MINDERUNG
DER
KOHLENDIOXIDEMISSION
9.8
CHEMISCHE
REAKTIONEN
UND
IRREVERSIBILITAET
DER
VERBRENNUNG
9.8.1
ENTHALPIE,
ENTROPIE,
FREIE
ENTHALPIE
9.8.2
BRENNSTOFFEXERGIE
.
.
.
.
.
.
.
.
9.8.3
EXERGIEVERLUST
BEIDER
VERBRENNUNG
9.9
BRENNSTOFFZELLEN
9.9.1
WIRKPRINZIP
410
410
410
413
414
415
415
424
428
429
429
430
433
437
443
443
444
448
449
449
453
455
458
463
463
471
475
477
477
12
INHALTSVERZEICHNIS
9.9.2 ENERGETISCHE
BEWERTUNG
9.9.3
BAUARTEN
KONTROLLFRAGEN
.
.
.
.
.
.
.
10
LOESUNGSERGEBNISSE
DERAUFGABEN
11ANTWORTEN
AUFDIEKONTROLLFRAGEN
11.1
GRUNDLAGEN
DER
THERMODYNAMIK.
11.2
ERSTER
HAUPTSATZ
DER
THERMODYNAMIK.
11.3
ZWEITER
HAUPTSATZ
DER
THERMODYNAMIK
11.4
DAS
IDEALE
GAS
INMASCHINEN
UND
ANLAGEN
11.5
DER
DAMPF
UND
SEINE
ANWENDUNG
INMASCHINEN
UND
ANLAGEN
11.6
GEMISCHE.
.
.
.
.
11.7
STROEMUNGSVORGAENGE
.
11.8
WAERMEUEBERTRAGUNG.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
11.9
ENERGIEUMWANDLUNG
DURCH
VERBRENNUNG
UND
INBRENNSTOFFZELLEN
478
482
486
488
498
498
499
501
504
505
507
509
509
511
ANHANG
.
AL
SCHRIFTTUM
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
A2
NACHWEIS
VERWENDETER
UNTERLAGEN
.
A3
WIEDERHOLUNG
HAEUFIG
BENUTZTER
TAFELN
513
513
515
516
SACHWORTVERZEICHNIS.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
533 |
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