Übungsaufgaben Technische Thermodynamik

Gernot Wilhelms

Übungsaufgaben Technische Thermodynamik

2017

266 Seiten

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ISBN: 9783446451933

 

Inhaltsverzeichnis

10

1 Grundlagen der Thermodynamik

14

1.1 Aufgabe der Thermodynamik

14

1.2 Größen und Einheitensysteme

14

1.3 Thermische Zustandsgrößen

15

1.3.1 Volumen

15

1.3.2 Druck

16

1.3.3 Temperatur

18

1.4 Thermische Zustandsgleichung

19

1.4.1 Thermische Zustandsgleichung eines homogenen Systems

19

1.4.2 Thermische Zustandsgleichung des idealen Gases

19

1.5 Mengenmaße Kilomol und Normvolumen; molare Gaskonstante

20

1.6 Thermische Ausdehnung

22

2 Erster Hauptsatz der Thermodynamik

24

2.1 Energieerhaltung, Energiebilanz

24

2.2 Arbeit am geschlossenen System

24

2.3 Innere Energie

27

2.4 Wärme

28

2.5 Arbeit am offenen System und Enthalpie

28

2.6 Formulierungen des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik

30

2.7 Kalorische Zustandsgleichungen

31

2.7.1 Kalorische Zustandsgleichungen eines homogenen Systems

31

2.7.2 Spezifische Wärmekapazitäten eines homogenen Systems

31

2.7.3 Kalorische Zustandsgleichungen des idealen Gases

34

2.7.4 Spezifische Wärmekapazitäten des idealen Gases

34

2.7.5 Molare Wärmekapazitäten des idealen Gases

39

3 Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

40

3.1 Aussagen des zweiten Hauptsatzes

40

3.2 Entropie

40

3.2.1 Einführung der Entropie

40

3.2.2 Entropiebilanzen

41

3.2.3 T,S-Diagramm

41

3.3 Fundamentalgleichungen

41

3.4 Einfache Zustandsänderungen des idealen Gases

42

3.4.1 Isochore Zustandsänderung

42

3.4.2 Isobare Zustandsänderung

46

3.4.3 Isotherme Zustandsänderung

50

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

76

3.9.5 Exergieverlust

81

3.9.6 Exergetischer Wirkungsgrad

84

3.9.7 Energie- und Exergie-Flussbild

85

4 Das ideale Gas in Maschinen und Anlagen

94

4.1 Kreisprozesse für Wärme- und Verbrennungskraftanlagen

94

4.2 Kreisprozesse der Gasturbinenanlagen

94

4.2.1 Arbeitsprinzip der Gasturbinenanlagen

94

4.2.2 Joule-Prozess als Vergleichsprozess der Gasturbinenanlage

94

4.2.3 Ericsson-Prozess als Vergleichsprozess der Gasturbinenanlage

95

4.2.4 Der wirkliche Prozess in der Gasturbinenanlage

97

4.3 Kreisprozess des Heißgasmotors

105

4.4 Kreisprozesse der Verbrennungsmotoren

109

4.4.1 Übertragung des Arbeitsprinzips der Motoren in einen Kreisprozess

109

4.4.2 Otto-Prozess als Vergleichsprozess des Verbrennungsmotors

109

4.4.3 Diesel-Prozess als Vergleichsprozess des Verbrennungsmotors

109

4.4.4 Seiliger-Prozess als Vergleichsprozess des Verbrennungsmotors

113

4.4.5 Der wirkliche Prozess in den Verbrennungsmotoren

114

4.5 Kolbenverdichter

123

5 Der Dampf und seine Anwendung in Maschinen und Anlagen

128

5.1 Das reale Verhalten der Stoffe

128

5.2 Wasserdampf

130

5.3 Dampfkraftanlagen

147

5.4 Kombiniertes Gas-Dampf-Kraftwerk (GUD-Prozess)

155

5.5 Organische Rankine-Prozesse (ORC)

156

5.6 Linkslaufende Kreisprozesse mit Dämpfen

158

6 Gemische

164

6.1 Die Zusammensetzungen von Gemischen

164

6.2 Ideale Gemische

164

6.3 Gemisch idealer Gase

164

6.4 Gas-Dampf-Gemisch; Feuchte Luft

165

6.5 Reale Gemische

170

7 Strömungsvorgänge

175

7.1 Kontinuitätsgleichung

175

7.2 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik für Strömungsvorgänge

175

7.2.1 Arbeitsprozesse

175

7.2.2 Strömungsprozesse

177

7.3 Kraftwirkung bei Strömungsvorgängen

177

7.4 Düsen- und Diffusorströmung

177

8 Wärmeübertragung

178

8.1 Arten der Wärmeübertragung

178

8.2 Wärmeleitung

178

8.2.1 Ebene Wand

178

8.2.2 Zylindrische Wand

179

8.2.3 Hohlkugelwand

181

8.3 Konvektiver Wärmeübergang

181

8.3.1 Wärmeübergang bei erzwungener Strömung

181

8.3.2 Wärmeübergang bei freier Strömung

184

8.3.3 Wärmeübergang beim Kondensieren und Verdampfen

188

8.4 Temperaturstrahlung

188

8.5 Wärmedurchgang

191

8.6 Wärmeübertrager

196

9 Energieumwandlung durch Verbrennung und in Brennstoffzellen

202

9.1 Umwandlung der Brennstoffenergie durch Verbrennung

202

9.2 Verbrennungsrechnung

203

9.2.1 Feste und flüssige Brennstoffe

203

9.2.2 Gasförmige Brennstoffe

204

9.2.3 Näherungslösungen

207

9.3 Verbrennungskontrolle

208

9.4 Theoretische Verbrennungstemperatur

211

9.5 Abgasverlust und feuerungstechnischer Wirkungsgrad

212

9.6 Abgastaupunkt

216

9.7 Emissionen aus Verbrennungsanlagen

217

9.8 Chemische Reaktionen und Irreversibilität der Verbrennung

217

9.9 Brennstoffzellen

217

10 Lösungsergebnisse der Aufgaben

218

 

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