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Hans-Joachim Kretzschmar, Ingo Kraft
Kleine Formelsammlung Technische Thermodynamik
Vorwort zur fünften Auflage
7
Inhaltsverzeichnis
8
1 Thermodynamische Größen
13
1.1 Größenarten
13
1.2 Größen und Einheiten
14
1.3 Umrechnung von Einheiten
16
2 Zustandsverhalten reiner Stoffe
17
2.1 Einphasengebiete und Phasenübergänge
17
2.2 Zweiphasengebiet flüssig – gasförmig
18
2.3 Bereiche für Zustandsberechnung
21
2.3.1 Bereiche für Zustandsberechnung im p,T-Diagramm
22
2.3.2 Bereiche für Zustandsberechnung im p,v-Diagramm
23
2.3.3 Bereiche für Zustandsberechnung im T,s-Diagramm
24
2.3.4 Bereiche für Zustandsberechnung im h,s-Diagramm
25
3 Thermische Zustandsgrößen
26
3.1 Temperatur
26
3.2 Druck
27
3.3 Dichte und spezifisches Volumen
28
3.3.1 Definitionen
28
3.3.2 Ermittlung von v und p für reale Fluide
29
3.3.3 Ermittlung von v und p für ideale Gase
29
3.3.4 Ermittlung von v und p für inkompressible (ideale) Flüssigkeiten und Festkörper
32
3.3.5 Ermittlung von v und p für Nassdampf
34
3.4 Normzustand und Normvolumen
35
4 Energetische Zustandsgrößen
36
4.1 Wärmekapazitäten
36
4.1.1 Definitionen
36
4.1.2 Ermittlung von cp und cv für reale Fluide
36
4.1.3 Ermittlung von cp und cv für ideale Gase
37
4.1.4 Ermittlung von cp und cv für inkompressible (ideale) Flüssigkeiten und Festkörper
38
4.1.5 cp und cv für Nassdampf
39
4.2 Isentropenexponent und isentrope Schallgeschwindigkeit
39
4.2.1 Definitionen
39
4.2.2 Ermittlung von k und w für reale Fluide
40
4.2.3 Ermittlung von k und w für ideale Gase
40
4.2.4 . und w für inkompressible (ideale) Flüssigkeiten
41
4.2.5 . und w für Nassdampf
41
4.3 Enthalpie und innere Energie
42
4.3.1 Definitionen
42
4.3.2 Ermittlung von h und u für reale Fluide
44
4.3.3 Ermittlung von h und u für ideale Gase
44
4.3.4 Ermittlung von h und u für inkompressible (ideale) Flüssigkeiten und Festkörper
49
4.3.5 Ermittlung von h und u für Nassdampf
53
4.4 Entropie
55
4.4.1 Definition
55
4.4.2 Ermittlung von s für reale Fluide
56
4.4.3 Ermittlung von s für ideale Gase
57
4.4.4 Ermittlung der spezifischen Entropie s für inkompressible (ideale) Flüssigkeiten
60
4.4.5 Ermittlung von s für Nassdampf
60
4.5 Exergie
61
4.5.1 Exergie (der Enthalpie)
61
4.5.2 Exergie der inneren Energie
62
5 Massebilanz
64
5.1 Stoffmenge, Masse und Volumen
64
5.2 Massestrom und Volumenstrom
65
5.3 Massebilanz bei geschlossenen Systemen
65
5.4 Massebilanz bei offenen stationären Systemen
66
5.5 Massebilanz bei offenen instationären Systemen
68
6 Energiebilanz – 1. Hauptsatz der Thermodynamik
69
6.1 Ruhendes geschlossenes System
69
6.1.1 Energiebilanz zwischen Zustand 1 und 2
69
6.1.2 Volumenänderungsarbeit
70
6.1.3 Äußere Nutzarbeit und Kolbenarbeit
72
6.1.4 Dissipierte Arbeiten
73
6.1.5 Wärme
75
6.1.6 Instationäre Energiebilanz
77
6.2 Ruhendes offenes System
78
6.2.1 Stationäre Energiebilanz
78
6.2.2 Technische Arbeit
81
6.2.3 Allgemeine instationäre Energiebilanz
83
6.3 Berechnung der Differenzen von spezifischer Enthalpie und spezifischer innerer Energie
84
6.3.1 Reale Fluide
84
6.3.2 Ideale Gase
84
6.3.3 Inkompressible (ideale) Flüssigkeiten
88
6.3.4 Nassdampf
92
7 Entropiebilanz – 2. Hauptsatz der Thermodynamik
93
7.1 Ruhendes geschlossenes System
93
7.1.1 Entropiebilanz zwischen Zustand 1 und 2
93
7.1.2 Entropie der Wärme
94
7.1.3 Entropieproduktion
95
7.1.4 Dissipationsenergie
97
7.2 Ruhendes offenes System
98
7.3 Berechnung der Differenzen der spezifischen Entropie
100
7.3.1 Reale Fluide
100
7.3.2 Ideale Gase
100
7.3.3 Inkompressible (ideale) Flüssigkeiten
103
7.3.4 Nassdampf
105
8 Exergiebilanz
106
8.1 Ruhendes geschlossenes System
106
8.1.1 Exergiebilanz zwischen Zustand 1 und 2
106
8.1.2 Exergie der Wärme
107
8.1.3 Exergieverlust
108
8.2 Ruhendes offenes System
109
8.3 Berechnung der Differenzen der spezifischen Exergie
112
9 Einfache Prozesse
113
9.1 Grundlagen der thermodynamischen Modellierung technischer Prozesse
113
9.2 Technische Anwendungen
119
9.2.1 Fluide in Behältern mit starren Wänden
119
9.2.2 Fluide unter konstantem Druck
120
9.2.3 Mischen von Fluidströmen
122
9.2.4 Verdichten und Pumpen
123
9.2.5 Entspannung in Turbinen
127
9.2.6 Drosselentspannung
130
10 Kreisprozesse
132
10.1 Grundlagen
132
10.2 Gasturbinenanlagen-JOULE-Prozess
138
10.3 Dampfturbinenanlagen-CLAUSIUS-RANKINE Prozess
141
10.4 Kältemaschinen- und Wärmepumpen-Prozess
145
11 Wärmeübertragung
148
11.1 Transporteigenschaften der Stoffe
148
11.2 Stationäre Wärmeleitung
149
11.2.1 Grundlagen
149
11.2.2 Ebene Wand
152
11.2.3 Zylinderwand (Rohrwand)
153
11.2.4 Kugelwand
155
11.3 Konvektiver Wärmeübergang
156
11.3.1 Temperaturfeld
157
11.3.2 Wärmestrom und Wärmeübergangskoeffizient
158
11.3.3 Ähnlichkeitskennzahlen
160
11.3.4 Freie Konvektion
162
11.3.5 Erzwungene Konvektion
167
11.4 Wärmestrahlung
172
11.4.1 Energiebilanz
172
11.4.2 Zweiflächenstrahlungsaustausch
174
11.4.3 Strahlungsaustauschkoeffizient (resultierender Strahlungskoeffizient) für ausgewählte Anwendungsfälle
177
11.5 Wärmedurchgang
179
12 Thermodynamik der feuchten Luft
184
12.1 Konstanten für die Zustandsberechnung
184
12.2 Arten der feuchten Luft
186
12.3 Zusammensetzung der feuchten Luft
188
12.3.1 Allgemeine Zusammensetzung der feuchten Luft – Wassergehalt
188
12.3.2 Ungesättigte feuchte Luft – Relative Feuchte
191
12.3.3 Gesättigte feuchte Luft
194
12.3.4 Übersättigte feuchte Luft (Nebel)
196
12.4 Luftspezifisches Volumen und Dichte
196
12.5 Spezifische Wärmekapazitäten
199
12.6 Isentropenexponent und isentrope Schallgeschwindigkeit
200
12.7 Luftspezifische Enthalpie und luftspezifische innere Energie
201
12.8 Taupunkttemperatur
204
12.9 Feuchtkugeltemperatur (Kühlgrenztemperatur)
205
12.10 Das h1+x , xW-Diagramm
207
12.11 Bilanzierung von Prozessen mit feuchter Luft
208
12.12 Anwendung der Zustandsberechnung von feuchter Luft auf feuchte Gase
212
Literaturverzeichnis
213
Anhang
215
A Stoffwertsammlung
215
A1 Stoffunabhängige Konstanten
215
A2 Stoffspezifische Konstanten (1)
215
A2 Stoffspezifische Konstanten (2)
216
A3 Stoffwerte von Gasen im Idealgaszustand (1)
217
A3 Stoffwerte von Gasen im Idealgaszustand (2)
218
A3 Stoffwerte von Gasen im Idealgaszustand (3)
219
A3 Stoffwerte von Gasen im Idealgaszustand (4)
220
A3 Stoffwerte von Gasen im Idealgaszustand (5)
221
A4 Stoffwerte von siedendem Wasser und gesättigtem Wasserdampf
222
A5 Stoffwerte von Wasser (reales Fluid)
223
A6 Stoffwerte von Wasserflüssigkeit (ideal)
224
A7 Stoffwerte von Luft (reales Fluid)
225
A8 Stoffwerte von Luft bei p = 0,101325 MPa
226
A9 Transportgrößen von Feststoffen (Mittelwerte)
227
A10 Gesamtemissionsverhältnisse von Stoffen (Mittelwerte)
228
A11 Heizwerte und Brennwerte
229
A12 Sättigungspartialdruck von Wasser
230
Sachwortverzeichnis
231
B Zustandsdiagramme (als Beilage)
243
B1 Mollier h,s-Diagramm von Wasserdampf
243
B2 T,s-Diagramm von Wasser und Wasserdampf
244
B3 lg p,h-Diagramm von Ammoniak
245
B4 h1+x,xW-Diagramm von feuchter Luft
246
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