Technische Thermodynamik

Vorwort zur siebzehnten Auflage

Inhaltsverzeichnis

Formelzeichen

1 Grundlagen der Thermodynamik

1.1 Aufgabe der Thermodynamik

1.2 Größen und Einheitensysteme

1.2.1 Physikalische Größen und Größenarten

1.2.2 Größengleichungen

1.2.3 Zahlenwertgleichungen

1.2.4 Einheitensysteme

1.3 Thermische Zustandsgrößen

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 des idealen 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 Längenänderung

1.6.2 Volumenänderung

1.7 Thermodynamisches System

1.7.1 Systeme und Systemgrenzen

1.7.2 Zustandsgrößen und Prozessgrößen

1.7.3 Zustandsänderungen und Prozesse

Kontrollfragen

2 Erster Hauptsatz der Thermodynamik

2.1 Energieerhaltung, Energiebilanz

2.2 Arbeit am geschlossenen System

2.3 Innere Energie

2.4 Wärme

2.5 Arbeit am offenen System und Enthalpie

2.6 Formulierungen des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik

2.7 Kalorische Zustandsgleichungen

2.7.1 Kalorische Zustandsgleichungen eines homogenen Systems

2.7.2 Spezifische Wärmekapazitäten eines homogenen Systems

2.7.3 Kalorische Zustandsgleichungen des idealen Gases

2.7.4 Spezifische Wärmekapazitäten des idealen Gases

2.7.5 Molare Wärmekapazitäten des idealen Gases

Kontrollfragen

3 Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

3.1 Aussagen des zweiten Hauptsatzes

3.2 Entropie

3.2.1 Einführung der Entropie

3.2.2 Entropiebilanzen

3.2.3 T,S-Diagramm

3.3 Fundamentalgleichungen

3.4 Einfache Zustandsänderungen des idealen Gases

3.4.1 Isochore Zustandsänderung

3.4.2 Isobare Zustandsänderung

3.4.3 Isotherme Zustandsänderung

3.4.4 Isentrope Zustandsänderung

3.4.5 Polytrope Zustandsänderung

3.4.6 Zustandsänderungen in adiabaten Systemen

3.5 Kreisprozesse

3.5.1 Kontinuierlicher Ablauf in Kreisprozessen

3.5.2 Arbeit und Prozessverlauf

3.5.3 Wärmekraftmaschine

3.5.4 Grenzen der thermischen Energieumwandlung

3.5.5 Vergleich reversibler und irreversibler Kreisprozesse

3.5.6 Wärmepumpe und Kältemaschine

3.6 Adiabate Drosselung

3.7 Instationäre Prozesse

3.7.1 Fülllen eines Behälters

3.7.2 Temperaturausgleich

3.8 Wärmetransport

3.8.1 Entropieerzeugung beim Wärmetransport

3.8.2 Thermodynamische Mitteltemperatur

3.9 Exergie und Anergie

3.9.1 Begrenzte Umwandelbarkeit der inneren Energie und der Wärme

3.9.2 Exergie und Anergie eines strömenden Fluids

3.9.3 Exergie und Anergie eines geschlossenen Systems

3.9.4 Exergie und Anergie der Wärme

3.9.5 Exergieverlust

3.9.6 Exergetischer Wirkungsgrad

3.9.7 Energie- und Exergie-Flussbild

Kontrollfragen

4 Das ideale Gas in Maschinen und Anlagen

4.1 Kreisprozesse für Wärme- und Verbrennungskraftanlagen

4.1.1 Vergleichsprozesse

4.1.2 Bewertungszahlen für die Kreisprozesse

4.2 Kreisprozesse der Gasturbinenanlagen

4.2.1 Arbeitsprinzip der Gasturbinenanlagen

4.2.2 Joule-Prozess als Vergleichsprozess der Gasturbinenanlage

4.2.3 Ericsson-Prozess als Vergleichsprozess der Gasturbinenanlage

4.2.4 Der wirkliche Prozess in der Gasturbinenanlage

4.3 Kreisprozess des Heißgasmotors

4.3.1 Arbeitsprinzip des Heißgasmotors

4.3.2 Stirling-Prozess als Vergleichsprozess des Heißgasmotors

4.3.3 Der wirkliche Prozess im Heißgasmotor

4.4 Kreisprozesse der Verbrennungsmotoren

4.4.1 Übertragung des Arbeitsprinzips der Motoren in einen Kreisprozess

4.4.2 Otto-Prozess als Vergleichsprozess des Verbrennungsmotors (Gleichraumprozess)

4.4.3 Diesel-Prozess als Vergleichsprozess des Verbrennungsmotors (Gleichdruckprozess)

4.4.4 Seiliger-Prozess als Vergleichsprozess des Verbrennungsmotors (Gemischter Vergleichsprozess)

4.4.5 Der wirkliche Prozess in den Verbrennungsmotoren

4.5 Kolbenverdichter

4.5.1 Der verlustlose Kolbenverdichter ohne Schadraum

4.5.2 Bewertungszahlen für den Kolbenverdichter

Kontrollfragen

5 Der Dampf und seine Anwendung in Maschinen und Anlagen

5.1 Das reale Verhalten der Stoffe

5.1.1 Aggregatzustandsänderungen, Phasenwechsel

5.1.2 Thermische Zustandsgleichungen realer Fluide

5.1.3 p,v,T-Diagramm

5.2 Wasserdampf

5.2.1 Zustandsgleichungen des Wasserdampfes

5.2.2 Spezifische Zustandsgrößen

5.2.3 Gleichung von Clausius und Clapeyron

5.2.4 Zustandsänderungen des Wasserdampfes

5.3 Dampfkraftanlagen

5.3.1 Arbeitsprinzip der Dampfkraftanlagen

5.3.2 Clausius-Rankine-Prozess als Vergleichsprozess der Dampfkraftanlage

5.3.3 Verfahren zur Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades

5.3.4 Zwischenüberhitzen. Verfahren zur Verringerung des Wassergehaltes im Abdampf

5.3.5 Der wirkliche Prozess in Dampfkraftanlagen

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

5.4.1 Zweck der Kombination

5.4.2 Grundschaltung des Gas-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 mit Dämpfen

Kontrollfragen

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 Zustandsgrößen des idealen 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-Dampf-Gemisch; Feuchte Luft

6.4.1 Sättigungszustand, Taupunkt

6.4.2 Feuchte Luft als Beispiel 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,x-Diagramm von Mollier

6.4.7 Einfache isobare Zustandsänderungen feuchter Luft im h,x-Diagramm

Kontrollfragen

7 Strömungsvorgänge

7.1 Kontinuitätsgleichung

7.2 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik für Strömungsvorgänge

7.2.1 Arbeitsprozesse

7.2.2 Strömungsprozesse

7.3 Kraftwirkung bei Strömungsvorgängen

7.3.1 Impulssatz

7.3.2 Hauptgleichung der Strömungsmaschinen

7.4 Düsen- und Diffusorströmung

7.4.1 Energieumwandlung in Düsen und Diffusoren

7.4.2 Reibungsfreie Düsenströmung

7.4.3 Schallgeschwindigkeit

7.4.4 Reibungsfreie Diffusorströmung

7.4.5 Ausbildung einer Laval-Düse oder eines Überschall-Diffusors

Kontrollfragen

8 Wärmeübertragung

8.1 Arten der Wärmeübertragung

8.2 Wärmeleitung

8.2.1 Ebene Wand

8.2.2 Zylindrische Wand

8.2.3 Hohlkugelwand

8.3 Konvektiver Wärmeübergang

8.3.1 Wärmeübergangsbeziehungen

8.3.2 Ähnlichkeitstheorie des Wärmeübergangs

8.3.3 Wärmeübergang beim Kondensieren und Verdampfen

8.4 Temperaturstrahlung

8.4.1 Einführung

8.4.2 Wärmeübertragung durch Strahlung

8.4.3 Gas- und Flammenstrahlung

8.5 Wärmedurchgang

8.5.1 Wärmedurchgangsbeziehungen

8.5.2 Beeinflussung des Wärmedurchgangs

8.5.3 Zwischentemperaturen

8.6 Wärmeübertrager

8.6.1 Gegen-, Gleich- und Kreuzstrom

8.6.2 Berechnungsverfahren

8.6.3 Verfahrensoptimierung bei der Wärmenutzung

8.6.4 Exergieverlust im Wärmeübertrager

Kontrollfragen

9 Energieumwandlung durch Verbrennung und in Brennstoffzellen

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 flüssige Brennstoffe

9.2.2 Gasförmige Brennstoffe

9.2.3 Näherungslösungen

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 mit Kondensation im Abgas

9.6 Abgastaupunkt

9.7 Emissionen aus Verbrennungsanlagen

9.7.1 Einführung

9.7.2 Minderung der Schwefeloxidemission

9.7.3 Minderung der Stickoxidemission

9.7.4 Minderung der Kohlendioxidemission

9.8 Chemische Reaktionen und Irreversibilität der Verbrennung

9.8.1 Enthalpie, Entropie, freie Enthalpie

9.8.2 Brennstoffexergie

9.8.3 Exergieverlust bei der Verbrennung

9.9 Brennstoffzellen

9.9.1 Wirkprinzip

9.9.2 Energetische Bewertung

9.9.3 Bauarten

Kontrollfragen

10 Lösungsergebnisse der Aufgaben

11 Antworten auf die Kontrollfragen

11.1 Grundlagen der Thermodynamik

11.2 Erster Hauptsatz der Thermodynamik

11.3 Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

11.4 Das ideale Gas in Maschinen und Anlagen

11.5 Der Dampf und seine Anwendung in Maschinen und Anlagen

11.6 Gemische

11.7 Strömungsvorgänge

11.8 Wärmeübertragung

11.9 Energieumwandlung durch Verbrennung und in Brennstoffzellen

Anhang

A1 Schrifttum

A2 Nachweis verwendeter Unterlagen

A3 Wiederholung haufig benutzter Tafeln

Sachwortverzeichnis