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Technische Thermodynamik: Kompaktkurs für das Bachelorstudium

Technische Thermodynamik: Kompaktkurs für das Bachelorstudium

Wolfgang Heidemann

ISBN: 978-3-527-69282-8

Feb 2016

494 pages

Select type: E-Book

$27.99

Vorwort XI

Nomenklatur XIII

1 Einleitung 1

1.1 Technische Thermodynamik 1

1.2 Zur Handhabung des Arbeitsbuches 2

2 Grundlagen 5

2.1 Das thermodynamische System 5

2.2 Thermodynamische Größen 8

2.2.1 Zustandsgrößen 9

2.2.2 Zustandsänderungen 11

2.2.3 Energie 15

2.2.4 Prozessgrößen 15

2.3 Temperatur 17

2.3.1 Thermisches Gleichgewicht 18

2.3.2 Nullter Hauptsatz der Thermodynamik und Temperaturmessung 18

Zusammenfassung 20

Aufgaben und Lösungen 23

3 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik 33

3.1 Allgemeine Formulierung 34

3.1.1 Geschlossenes System 35

3.1.2 Offenes System 35

3.2 Arbeitsformen 36

3.2.1 Mechanische Arbeit 36

3.2.2 Volumenarbeit 37

3.2.3 Dissipationsarbeit (Reibungsarbeit) 37

3.2.4 Nutzarbeit 38

3.2.5 Verschiebearbeit 39

3.2.6 Die technische Arbeit 40

3.2.7 Andere Arbeitsformen 42

3.3 Wärme 43

3.4 Innere Energie 43

3.5 Enthalpie 44

3.6 Mechanische Energie 46

3.7 Spezielle Formulierungen 46

3.7.1 Geschlossenes System 47

3.7.2 Das stationäre offene System 48

3.7.3 Beispiele 48

Zusammenfassung 51

Aufgaben und Lösungen 57

4 Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik 87

4.1 Die Richtung von Prozessen 87

4.2 Entropie und deren Bilanzierung 89

4.2.1 Geschlossene Systeme und Kreisprozesse 89

4.2.2 Entropiebilanz am offenen System 90

4.2.3 Schlussfolgerungen 92

4.3 Die Gibbssche Fundamentalgleichung 96

4.3.1 Entropieberechnung 97

4.3.2 Beziehungen zwischen Zustandsgrößen 98

4.4 Beispiele, Tipps und Tricks 100

Zusammenfassung 105

Aufgaben und Lösungen 109

5 Stoffthermodynamik – Eigenschaften derMaterie 125

5.1 Das p, v, T-Verhalten reiner realer Stoffe 125

5.2 Die Bestimmung thermischer und kalorischer Zustandsgrößen 130

5.2.1 Festkörper, Flüssigkeit, Schmelzen/Erstarren, Sublimieren/Desublimieren 131

5.2.2 Nassdampfgebiet, Verdampfen/Verflüssigen 133

5.2.3 Gase und Dämpfe 134

Zusammenfassung 148

Aufgaben und Lösungen 152

6 Einfache Zustandsänderungen 177

6.1 Ideales Gas 177

6.1.1 Isochore Zustandsänderung 178

6.1.2 Isobare Zustandsänderung 179

6.1.3 Isotherme Zustandsänderung 180

6.1.4 Adiabate Zustandsänderung 182

6.1.5 Polytrope Zustandsänderung 183

6.1.6 Irreversibel adiabate Explosion 185

6.2 Nassdampf 186

6.2.1 Isobare, isotherme Zustandsänderung 186

6.2.2 Isochore Zustandsänderung 187

6.2.3 Adiabate Zustandsänderung 188

6.2.4 Isenthalpe Zustandsänderung 188

6.3 Kreisprozesse, Carnot-Prozess 189

6.3.1 Der rechtsgängige Kreisprozess 190

6.3.2 Der linksgängige Kreisprozess 193

6.3.3 Der Carnot-Prozess 195

Zusammenfassung 198

Aufgaben und Lösungen 203

7 Exergie 243

7.1 Exergie einerWärme 244

7.2 Exergie der Arbeit 246

7.3 Exergie eines geschlossenen Systems 248

7.4 Exergie eines offenen Systems 250

7.5 Exergieverlust 251

7.6 Der exergetischeWirkungsgrad 253

7.7 Beispiele, Tipps und Tricks 255

Zusammenfassung 259

Aufgaben und Lösungen 262

8 Thermodynamische Prozesse 277

8.1 Wärme-Kraft-Prozesse 278

8.1.1 Vergleichsprozesse für Verbrennungsmotoren 278

8.1.2 Stirling-Prozess 287

8.1.3 Ericson-Prozess 288

8.1.4 Joule-Prozess 290

8.1.5 Dampfkraftprozesse 293

8.2 Linksgängige Prozesse 299

8.2.1 Kaltgasprozess 300

8.2.2 Kaltdampfprozess 302

8.2.3 Das Linde-Verfahren zur Luftverflüssigung 304

8.2.4 Verdichter 305

Zusammenfassung 307

Aufgaben und Lösungen 314

9 GasgemischeundfeuchteLuft 361

9.1 Gemisch idealer Gase 361

9.1.1 Konzentrationen 361

9.1.2 Eigenschaften idealer Gasmischungen 362

9.2 Feuchte Luft 365

9.2.1 Konzentrationsmaße 367

9.2.2 Thermische und kalorische Zustandsgrößen 369

9.2.3 Das Mollier hG/L, x-Diagramm 371

9.2.4 Zustandsänderungen feuchter Luft 372

Zusammenfassung 380

Aufgaben und Lösungen 385

10 Chemische Reaktionen 425

10.1 Reaktionsenthalpie 425

10.1.1 Standardreaktionsenthalpie 427

10.1.2 Reaktionsenthalpie bei beliebiger Temperatur 428

10.2 Verbrennungsprozesse 429

10.2.1 Verbrennung mit Luft 431

10.2.2 Verbrennungsreaktionen der Praxis 432

Zusammenfassung 436

Aufgaben und Lösungen 438

Anhang A Tabellen und Stoffwerte 451

Anhang B Herleitungen 465

B.1 Das vollständige oder totale Differenzial 465

B.2 Betrachtung der Differenzialausdrücke (𝜕u¨M𝜕v)T und (𝜕h¨M𝜕 p)v 465

B.3 Kinetische Gastheorie 467

Anhang C Diagramme 469

Weiterführende Literatur 471

Sachverzeichnis 473