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Technische Thermodynamik - Theoretische Grundlagen und praktische Anwendungen
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Technische Thermodynamik - Theoretische Grundlagen und praktische Anwendungen
von: Günter Cerbe, Gernot Wilhelms
Carl Hanser Fachbuchverlag, 2013
ISBN: 9783446437500
540 Seiten, Download: 6786 KB
 
Format:  PDF
geeignet für: Apple iPad, Android Tablet PC's Online-Lesen PC, MAC, Laptop

Typ: A (einfacher Zugriff)

 

 
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Inhaltsverzeichnis

  Vorwort zur siebzehnten Auflage 8  
  Inhaltsverzeichnis 10  
  Formelzeichen 16  
  1 Grundlagen der Thermodynamik 20  
     1.1 Aufgabe der Thermodynamik 20  
     1.2 Größen und Einheitensysteme 20  
        1.2.1 Physikalische Größen und Größenarten 20  
        1.2.2 Größengleichungen 21  
        1.2.3 Zahlenwertgleichungen 22  
        1.2.4 Einheitensysteme 23  
     1.3 Thermische Zustandsgrößen 26  
        1.3.1 Volumen 26  
        1.3.2 Druck 27  
        1.3.3 Temperatur 32  
     1.4 Thermische Zustandsgleichung 35  
        1.4.1 Thermische Zustandsgleichung eines homogenen Systems 35  
        1.4.2 Thermische Zustandsgleichung des idealen Gases 35  
     1.5 Mengenmaße Kilomol und Normvolumen 39  
        1.5.1 Kilomol 39  
        1.5.2 Normvolumen 40  
        1.5.3 Molare Gaskonstante 41  
     1.6 Thermische Ausdehnung 43  
        1.6.1 Längenänderung 43  
        1.6.2 Volumenänderung 45  
     1.7 Thermodynamisches System 49  
        1.7.1 Systeme und Systemgrenzen 49  
        1.7.2 Zustandsgrößen und Prozessgrößen 50  
        1.7.3 Zustandsänderungen und Prozesse 51  
     Kontrollfragen 54  
  2 Erster Hauptsatz der Thermodynamik 55  
     2.1 Energieerhaltung, Energiebilanz 55  
     2.2 Arbeit am geschlossenen System 55  
     2.3 Innere Energie 59  
     2.4 Wärme 61  
     2.5 Arbeit am offenen System und Enthalpie 63  
     2.6 Formulierungen des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik 69  
     2.7 Kalorische Zustandsgleichungen 71  
        2.7.1 Kalorische Zustandsgleichungen eines homogenen Systems 71  
        2.7.2 Spezifische Wärmekapazitäten eines homogenen Systems 71  
        2.7.3 Kalorische Zustandsgleichungen des idealen Gases 75  
        2.7.4 Spezifische Wärmekapazitäten des idealen Gases 78  
        2.7.5 Molare Wärmekapazitäten des idealen Gases 81  
     Kontrollfragen 83  
  3 Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik 85  
     3.1 Aussagen des zweiten Hauptsatzes 85  
     3.2 Entropie 85  
        3.2.1 Einführung der Entropie 85  
        3.2.2 Entropiebilanzen 87  
        3.2.3 T,S-Diagramm 91  
     3.3 Fundamentalgleichungen 92  
     3.4 Einfache Zustandsänderungen des idealen Gases 93  
        3.4.1 Isochore Zustandsänderung 94  
        3.4.2 Isobare Zustandsänderung 97  
        3.4.3 Isotherme Zustandsänderung 101  
        3.4.4 Isentrope Zustandsänderung 106  
        3.4.5 Polytrope Zustandsänderung 112  
        3.4.6 Zustandsänderungen in adiabaten Systemen 121  
     3.5 Kreisprozesse 124  
        3.5.1 Kontinuierlicher Ablauf in Kreisprozessen 124  
        3.5.2 Arbeit und Prozessverlauf 125  
        3.5.3 Wärmekraftmaschine 129  
        3.5.4 Grenzen der thermischen Energieumwandlung 132  
        3.5.5 Vergleich reversibler und irreversibler Kreisprozesse 135  
        3.5.6 Wärmepumpe und Kältemaschine 140  
     3.6 Adiabate Drosselung 143  
     3.7 Instationäre Prozesse 147  
        3.7.1 Fülllen eines Behälters 147  
        3.7.2 Temperaturausgleich 148  
     3.8 Wärmetransport 152  
        3.8.1 Entropieerzeugung beim Wärmetransport 152  
        3.8.2 Thermodynamische Mitteltemperatur 153  
     3.9 Exergie und Anergie 155  
        3.9.1 Begrenzte Umwandelbarkeit der inneren Energie und der Wärme 155  
        3.9.2 Exergie und Anergie eines strömenden Fluids 156  
        3.9.3 Exergie und Anergie eines geschlossenen Systems 160  
        3.9.4 Exergie und Anergie der Wärme 161  
        3.9.5 Exergieverlust 165  
        3.9.6 Exergetischer Wirkungsgrad 168  
        3.9.7 Energie- und Exergie-Flussbild 168  
     Kontrollfragen 170  
  4 Das ideale Gas in Maschinen und Anlagen 173  
     4.1 Kreisprozesse für Wärme- und Verbrennungskraftanlagen 173  
        4.1.1 Vergleichsprozesse 173  
        4.1.2 Bewertungszahlen für die Kreisprozesse 174  
     4.2 Kreisprozesse der Gasturbinenanlagen 180  
        4.2.1 Arbeitsprinzip der Gasturbinenanlagen 180  
        4.2.2 Joule-Prozess als Vergleichsprozess der Gasturbinenanlage 181  
        4.2.3 Ericsson-Prozess als Vergleichsprozess der Gasturbinenanlage 189  
        4.2.4 Der wirkliche Prozess in der Gasturbinenanlage 192  
     4.3 Kreisprozess des Heißgasmotors 200  
        4.3.1 Arbeitsprinzip des Heißgasmotors 200  
        4.3.2 Stirling-Prozess als Vergleichsprozess des Heißgasmotors 200  
        4.3.3 Der wirkliche Prozess im Heißgasmotor 202  
     4.4 Kreisprozesse der Verbrennungsmotoren 204  
        4.4.1 Übertragung des Arbeitsprinzips der Motoren in einen Kreisprozess 204  
        4.4.2 Otto-Prozess als Vergleichsprozess des Verbrennungsmotors (Gleichraumprozess) 204  
        4.4.3 Diesel-Prozess als Vergleichsprozess des Verbrennungsmotors (Gleichdruckprozess) 208  
        4.4.4 Seiliger-Prozess als Vergleichsprozess des Verbrennungsmotors (Gemischter Vergleichsprozess) 210  
        4.4.5 Der wirkliche Prozess in den Verbrennungsmotoren 212  
     4.5 Kolbenverdichter 213  
        4.5.1 Der verlustlose Kolbenverdichter ohne Schadraum 213  
        4.5.2 Bewertungszahlen für den Kolbenverdichter 218  
     Kontrollfragen 225  
  5 Der Dampf und seine Anwendung in Maschinen und Anlagen 226  
     5.1 Das reale Verhalten der Stoffe 226  
        5.1.1 Aggregatzustandsänderungen, Phasenwechsel 226  
        5.1.2 Thermische Zustandsgleichungen realer Fluide 230  
        5.1.3 p,v,T-Diagramm 233  
     5.2 Wasserdampf 234  
        5.2.1 Zustandsgleichungen des Wasserdampfes 234  
        5.2.2 Spezifische Zustandsgrößen 235  
        5.2.3 Gleichung von Clausius und Clapeyron 246  
        5.2.4 Zustandsänderungen des Wasserdampfes 247  
     5.3 Dampfkraftanlagen 250  
        5.3.1 Arbeitsprinzip der Dampfkraftanlagen 250  
        5.3.2 Clausius-Rankine-Prozess als Vergleichsprozess der Dampfkraftanlage 251  
        5.3.3 Verfahren zur Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades 256  
        5.3.4 Zwischenüberhitzen. Verfahren zur Verringerung des Wassergehaltes im Abdampf 262  
        5.3.5 Der wirkliche Prozess in Dampfkraftanlagen 264  
     5.4 Kombiniertes Gas-Dampf-Kraftwerk (GUD-Prozess) 271  
        5.4.1 Zweck der Kombination 271  
        5.4.2 Grundschaltung des Gas-Dampf-Kraftwerkes 271  
        5.4.3 Wirkungsgrade beim Gas-Dampf-Kraftwerk 273  
        5.4.4 Schaltungsbeispiele 275  
     5.5 Organische Rankine-Prozesse (ORC) 281  
        5.5.1 Prozessverlauf 281  
        5.5.2 Organische Arbeitsfluide 282  
     5.6 Linkslaufende Kreisprozesse mit Dämpfen 287  
     Kontrollfragen 292  
  6 Gemische 294  
     6.1 Zusammensetzung von Gemischen 294  
        6.1.1 Massenanteil 294  
        6.1.2 Stoffmengenanteil (Molanteil) 295  
        6.1.3 Molare Masse des Gemisches 295  
        6.1.4 Beladung 296  
     6.2 Ideale Gemische 298  
        6.2.1 Gesetz von Amagat 298  
        6.2.2 Partialdichte (Massenkonzentration) und Gemischdichte 299  
        6.2.3 Raumanteil 300  
        6.2.4 Die extensiven Zustandsgrößen des idealen Gemisches 302  
     6.3 Gemisch idealer Gase 307  
        6.3.1 Thermische Zustandsgleichung 307  
        6.3.2 Partialdruck (Gesetz von Dalton) 307  
        6.3.3 Mischungsentropie und Exergie eines Gemisches idealer Gase 308  
        6.3.4 Zusammensetzung von Gemischen idealer Gase 311  
     6.4 Gas-Dampf-Gemisch 314  
        6.4.1 Sättigungszustand, Taupunkt 314  
        6.4.2 Feuchte Luft als Beispiel eines Gas-Dampf-Gemisches 316  
        6.4.3 Zusammensetzung feuchter Luft 317  
        6.4.4 Spezifisches Volumen feuchter Luft 321  
        6.4.5 Spezifische Enthalpie feuchter Luft 322  
        6.4.6 h,x-Diagramm von Mollier 324  
        6.4.7 Einfache isobare Zustandsänderungen feuchter Luft im h,x-Diagramm 327  
     Kontrollfragen 335  
  7 Strömungsvorgänge 338  
     7.1 Kontinuitätsgleichung 338  
     7.2 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik für Strömungsvorgänge 339  
        7.2.1 Arbeitsprozesse 339  
        7.2.2 Strömungsprozesse 344  
     7.3 Kraftwirkung bei Strömungsvorgängen 348  
        7.3.1 Impulssatz 348  
        7.3.2 Hauptgleichung der Strömungsmaschinen 352  
     7.4 Düsen- und Diffusorströmung 353  
        7.4.1 Energieumwandlung in Düsen und Diffusoren 353  
        7.4.2 Reibungsfreie Düsenströmung 355  
        7.4.3 Schallgeschwindigkeit 359  
        7.4.4 Reibungsfreie Diffusorströmung 359  
        7.4.5 Ausbildung einer Laval-Düse oder eines Überschall-Diffusors 360  
     Kontrollfragen 365  
  8 Wärmeübertragung 366  
     8.1 Arten der Wärmeübertragung 366  
     8.2 Wärmeleitung 366  
        8.2.1 Ebene Wand 366  
        8.2.2 Zylindrische Wand 372  
        8.2.3 Hohlkugelwand 373  
     8.3 Konvektiver Wärmeübergang 374  
        8.3.1 Wärmeübergangsbeziehungen 374  
        8.3.2 Ähnlichkeitstheorie des Wärmeübergangs 375  
        8.3.3 Wärmeübergang beim Kondensieren und Verdampfen 386  
     8.4 Temperaturstrahlung 390  
        8.4.1 Einführung 390  
        8.4.2 Wärmeübertragung durch Strahlung 395  
        8.4.3 Gas- und Flammenstrahlung 396  
     8.5 Wärmedurchgang 397  
        8.5.1 Wärmedurchgangsbeziehungen 397  
        8.5.2 Beeinflussung des Wärmedurchgangs 399  
        8.5.3 Zwischentemperaturen 400  
     8.6 Wärmeübertrager 400  
        8.6.1 Gegen-, Gleich- und Kreuzstrom 401  
        8.6.2 Berechnungsverfahren 404  
        8.6.3 Verfahrensoptimierung bei der Wärmenutzung 408  
        8.6.4 Exergieverlust im Wärmeübertrager 409  
     Kontrollfragen 411  
  9 Energieumwandlung durch Verbrennung und in Brennstoffzellen 413  
     9.1 Umwandlung der Brennstoffenergie durch Verbrennung 413  
        9.1.1 Verbrennungstechnische Eigenschaften der Brennstoffe 413  
        9.1.2 Verbrennungsvorgang 416  
        9.1.3 Reaktionsgleichungen 417  
     9.2 Verbrennungsrechnung 418  
        9.2.1 Feste und flüssige Brennstoffe 418  
        9.2.2 Gasförmige Brennstoffe 427  
        9.2.3 Näherungslösungen 431  
     9.3 Verbrennungskontrolle 432  
        9.3.1 Messmethode 432  
        9.3.2 Auswertung der Messung 433  
        9.3.3 Verbrennungsdreiecke 436  
     9.4 Theoretische Verbrennungstemperatur 440  
     9.5 Abgasverlust und feuerungstechnischer Wirkungsgrad 446  
        9.5.1 Konventionelle Verbrennungsanlagen 446  
        9.5.2 Verbrennungsanlagen mit Kondensation im Abgas 447  
     9.6 Abgastaupunkt 451  
     9.7 Emissionen aus Verbrennungsanlagen 452  
        9.7.1 Einführung 452  
        9.7.2 Minderung der Schwefeloxidemission 456  
        9.7.3 Minderung der Stickoxidemission 458  
        9.7.4 Minderung der Kohlendioxidemission 461  
     9.8 Chemische Reaktionen und Irreversibilität der Verbrennung 466  
        9.8.1 Enthalpie, Entropie, freie Enthalpie 466  
        9.8.2 Brennstoffexergie 474  
        9.8.3 Exergieverlust bei der Verbrennung 478  
     9.9 Brennstoffzellen 480  
        9.9.1 Wirkprinzip 480  
        9.9.2 Energetische Bewertung 481  
        9.9.3 Bauarten 485  
     Kontrollfragen 489  
  10 Lösungsergebnisse der Aufgaben 491  
  11 Antworten auf die Kontrollfragen 501  
     11.1 Grundlagen der Thermodynamik 501  
     11.2 Erster Hauptsatz der Thermodynamik 502  
     11.3 Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik 504  
     11.4 Das ideale Gas in Maschinen und Anlagen 507  
     11.5 Der Dampf und seine Anwendung in Maschinen und Anlagen 508  
     11.6 Gemische 510  
     11.7 Strömungsvorgänge 512  
     11.8 Wärmeübertragung 512  
     11.9 Energieumwandlung durch Verbrennung und in Brennstoffzellen 514  
  Anhang 516  
     A1 Schrifttum 516  
     A2 Nachweis verwendeter Unterlagen 518  
     A3 Wiederholung haufig benutzter Tafeln 519  
  Sachwortverzeichnis 536  


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