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Gernot Wilhelms
Übungsaufgaben Technische Thermodynamik
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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