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Gernot Wilhelms
Übungsaufgaben Technische Thermodynamik
Vorwort zur 5. Auflage
9
Methodische Hinweise für das Lösen der Aufgaben
10
Inhaltsverzeichnis
11
1 Grundlagen der Thermodynamik
15
1.1 Aufgabe der Thermodynamik
15
1.2 Größen und Einheitensysteme
15
1.3 Thermische Zustandsgrößen
16
1.3.1 Volumen
16
1.3.2 Druck
17
1.3.3 Temperatur
19
1.4 Thermische Zustandsgleichung
20
1.4.1 Thermische Zustandsgleichung eines homogenen Systems
20
1.4.2 Thermische Zustandsgleichung des idealen Gases
20
1.5 Mengenmaße Kilomol und Normvolumen; molare Gaskonstante
21
1.6 Thermische Ausdehnung
23
2 Erster Hauptsatz der Thermodynamik
25
2.1 Energieerhaltung, Energiebilanz
25
2.2 Arbeit am geschlossenen System
25
2.3 Innere Energie
28
2.4 Wärme
29
2.5 Arbeit am offenen System und Enthalpie
29
2.6 Formulierungen des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik
31
2.7 Kalorische Zustandsgleichungen
32
2.7.1 Kalorische Zustandsgleichungen eines homogenen Systems
32
2.7.2 Spezifische Wärmekapazitäten eines homogenen Systems
32
2.7.3 Kalorische Zustandsgleichungen des idealen Gases
35
2.7.4 Spezifische Wärmekapazitäten des idealen Gases
35
2.7.5 Molare Wärmekapazitäten des idealen Gases
40
3 Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik
41
3.1 Aussagen des zweiten Hauptsatzes
41
3.2 Entropie
41
3.2.1 Einführung der Entropie
41
3.2.2 Entropiebilanzen
42
3.2.3 T,S-Diagramm
42
3.3 Fundamentalgleichungen
42
3.4 Einfache Zustandsänderungen des idealen Gases
43
3.4.1 Isochore Zustandsänderung
43
3.4.2 Isobare Zustandsänderung
47
3.4.3 Isotherme Zustandsänderung
51
3.4.4 Isentrope Zustandsänderung
53
3.4.5 Polytrope Zustandsänderung
53
3.4.6 Zustandsänderungen in adiabaten Systemen
60
3.5 Kreisprozesse
64
3.6 Adiabate Drosselung
70
3.7 Instationäre Prozesse
71
3.7.1 Füllen eines Behälters
71
3.7.2 Temperaturausgleich
71
3.8 Wärmetransport
72
3.9 Exergie und Anergie
72
3.9.1 Begrenzte Umwandelbarkeit der inneren Energie und der Wärme
72
3.9.2 Exergie und Anergie eines strömenden Fluids
72
3.9.3 Exergie und Anergie eines geschlossenen Systems
74
3.9.4 Exergie und Anergie der Wärme
75
3.9.5 Exergieverlust
80
3.9.6 Exergetischer Wirkungsgrad
83
3.9.7 Energie- und Exergie-Flussbild
84
4 Das ideale Gas in Maschinen und Anlagen
93
4.1 Kreisprozesse für Wärmeund Verbrennungskraftanlagen
93
4.2 Kreisprozesse der Gasturbinenanlagen
93
4.2.1 Arbeitsprinzip der Gasturbinenanlagen
93
4.2.2 Joule-Prozess als Vergleichsprozess der Gasturbinenanlage
93
4.2.3 Ericsson-Prozess als Vergleichsprozess der Gasturbinenanlage
94
4.2.4 Der wirkliche Prozess in der Gasturbinenanlage
96
4.3 Kreisprozess des Heißgasmotors
104
4.4 Kreisprozesse der Verbrennungsmotoren
108
4.4.1 Übertragung des Arbeitsprinzips der Motoren in einen Kreisprozess
108
4.4.2 Otto-Prozess als Vergleichsprozess des Verbrennungsmotors
108
4.4.3 Diesel-Prozess als Vergleichsprozess des Verbrennungsmotors
108
4.4.4 Seiliger-Prozess als Vergleichsprozess des Verbrennungsmotors
112
4.4.5 Der wirkliche Prozess in den Verbrennungsmotoren
113
4.5 Kolbenverdichter
122
5 Der Dampf und seine Anwendung in Maschinen und Anlagen
127
5.1 Das reale Verhalten der Stoffe
127
5.2 Wasserdampf
129
5.3 Dampfkraftanlagen
146
5.4 Kombiniertes Gas-Dampf-Kraftwerk (GUD-Prozess)
154
5.5 Organische Rankine-Prozesse (ORC)
155
5.6 Linkslaufende Kreisprozesse mit Dämpfen
157
6 Gemische
160
6.1 Die Zusammensetzungen von Gemischen
160
6.2 Ideale Gemische
160
6.3 Gemisch idealer Gase
160
6.4 Gas-Dampf-Gemisch; Feuchte Luft
160
7 Strömungsvorgänge
166
7.1 Kontinuitätsgleichung
166
7.2 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik für Strömungsvorgänge
166
7.2.1 Arbeitsprozesse
166
7.2.2 Strömungsprozesse
168
7.3 Kraftwirkung bei Strömungsvorgängen
168
7.4 Düsen- und Diffusorströmung
168
8 Wärmeübertragung
169
8.1 Arten der Wärmeübertragung
169
8.2 Wärmeleitung
169
8.2.1 Ebene Wand
169
8.2.2 Zylindrische Wand
170
8.2.3 Hohlkugelwand
172
8.3 Konvektiver Wärmeübergang
172
8.3.1 Wärmeübergang bei erzwungener Strömung
172
8.3.2 Wärmeübergang bei freier Strömung
175
8.3.3 Wärmeübergang beim Kondensieren und Verdampfen
179
8.4 Temperaturstrahlung
179
8.5 Wärmedurchgang
182
8.6 Wärmeübertrager
187
9 Energieumwandlung durch Verbrennung und in Brennstoffzellen
193
9.1 Umwandlung der Brennstoffenergie durch Verbrennung
193
9.2 Verbrennungsrechnung
194
9.2.1 Feste und flüssige Brennstoffe
194
9.2.2 Gasförmige Brennstoffe
195
9.2.3 Näherungslösungen
198
9.3 Verbrennungskontrolle
199
9.4 Theoretische Verbrennungstemperatur
202
9.5 Abgasverlust und feuerungstechnischer Wirkungsgrad
203
9.6 Abgastaupunkt
207
9.7 Emissionen aus Verbrennungsanlagen
208
9.8 Chemische Reaktionen und Irreversibilität der Verbrennung
208
9.9 Brennstoffzellen
208
10 Lösungsergebnisse der Aufgaben
209
1 Grundlagen der Thermodynamik
209
2 Erster Hauptsatz der Thermodynamik
210
3 Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik
211
4 Das ideale Gas in Maschinen und Anlagen
225
5 Der Dampf und seine Anwendung in Maschinen und Anlagen
231
6 Gemische
241
7 Strömungsvorgänge
244
8 Wärmeübertragung
244
9 Energieumwandlung durch Verbrennung und in Brennstoffzellen
249
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