Technische Thermodynamik

Inhaltsverzeichnis

• 1. Einführung.
• 1.1. Zustand eines Körpers.
• 1.2. Erstes Gleichgewichtspostulat.
• 1.3. Zweites Gleichgewichtspostulat oder Nullter Hauptsatz der Thermodynamik.
• 1.4. Temperatur und ihre Messung.
• 1.5. Was ist Temperatur?.
• 1.6. Druck.
• 1.7. Einteilung der Zustände.
• 1.8. Homogene Stoffe.
• 1.9. Zustandsgieichungen.
• 2. Erster Hauptsatz der Thermodynamik für geschlossene Systeme.
• 2.1. Wärmeübergang.
• 2.2. Arbeit.
• 2.3. p, V-Diagramm.
• 2.4. Satz von der Erhaltung der Energie.
• 2.5. Innere Energie.
• 2.6. Erster Hauptsatz der Thermodynamik.
• 3. Zustandseigenschaften einfacher Stoffe, insbesondere idealer Gase.
• 3.1. Thermische Zustandsgieichung idealer Gase.
• 3.2. Satz von Avogadro.
• 3.3. Bestimmung der Molmasse.
• 3.4. Allgemeine Gaskonstante.
• 3.5. Normzustand und Normvolumen.
• 3.6. Innere Energie idealer Gase, Versuch von Gay-Lussac.
• 3.7. Spezifische Wärmekapazität.
• 3.8. Innere Energie.
• 3.9. Stoffmengenspezifische (molare) Wärmekapazität.
• 3.10. Gasgemische.
• 4. Quasistatische Zustandsänderungen.
• 4.1. Zustandsänderung bei V= konst. (Isochore).
• 4.2. Zustandsänderung bei p = konst. (Isobare).
• 4.3. Zustandsänderung idealer Gase bei T= konst. (Isotherme).
• 4.4. Adiabate Zustandsänderung.
• 4.5. Polytrope Zustandsänderung.
• 5. Kreisprozesse.
• 5.1. Arbeit des Kreisprozesses.
• 5.2. Carnot-Prozeß.
• 5.3. Heißkörper und Kaltkörper.
• 5.4. Grundsätzlicher Unterschied zwischen der Umwandlung von Arbeit in Wärme und von Wärme in Arbeit.
• 6. Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik.
• 6.1. Formulierung des Gesetzes.
• 6.2. Abgrenzung der Anwendbarkeit.
• 6.3. Umkehrbare Vorgänge.
• 6.4. Nichtumkehrbare Vorgänge.
• 6.5. Allgemeines Kriterium der Umkehrbarkeit und Nichtumkehrbarkeit.
• 6.6. Nichtumkehrbarkeit und Arbeitsgewinnung bei Kreisprozessen.
• 6.7. AbsoluteTemperatur.
• 6.8. Entropie.
• 6.9. Entropieproduktion und Nichtumkehrbarkeit.
• 6.10. Nichtumkehrbarkeit und Arbeitsgewinnung bei beliebigen Prozessen.
• 6.11. Maximales Arbeitsvermögen eines Gebildes.
• 6.12. Arbeitsverluste infolge Nichtumkehrbarkeiten.
• 6.13. Allgemeine Eigenschaften der Entropie.
• 6.14. Entropie idealer Gase.
• 6.15. T, s Diagramm.
• 6.16. Entropie beliebiger einfacher Stoffe.
• 6.17. Thermodynamische Temperaturskala.
• 7. Typische Prozesse.
• 7.1. Expansion von Druckluft.
• 7.2. Verdichtung eines Gases in einem Unterdruckbehälter.
• 7.3. Arbeit aus Heißgasen.
• 7.4. Vergleichsprozesse der Verbrennungsmaschinen.
• 7.4.1. Otto-Prozeß (Gleichraumprozeß).
• 7.4.2. Diesel-Prozeß(Gleichdruckprozeß).
• 7.4.3. Seiliger-Prozeß.
• 7.4.4. Stirling-Prozeß.
• 7.5. Vermischen von Gasen bei konstantem Gasvolumen V.
• 7.6. Entropie idealer Gasgemische.
• 8. Offene Systeme.
• 8.1. Drosselvorgang.
• 8.2. Enthalpie.
• 8.3. Gleichdruckprozeß.
• 8.4. Expansionsendtemperatur und Auspufftemperatur.
• 8.5. Auffüllen von Behältern.
• 8.6. Vermischung von Gasströmungen.
• 8.7. Stationäre Fließprozesse.
• 8.8. Erster und Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik für offene Systeme.
• 9. Wesen der Entropie.
• 9.1. Makrozustand und Mikrozustand.
• 9.2. Entropie und thermodynamische Wahrscheinlichkeit.
• 9.3. Räumliche Verteilung der Moleküle eines Gases.
• 9.4. Energieverteilung.
• 9.4.1. Quantelung der Energiezustände.
• 9.4.2. Verteilung der Teilchen auf Energiezustände.
• 9.4.3. Wahrscheinlichster Zustand.
• 9.4.4. Entropie und Temperatur.
• 9.4.5. Bose-Einstein-, Fermi-Dirac- und Boltzmann-Statistik.
• 9.5. Zustandssumme.
• 9.6. Gasdruck und Volumenänderungsarbeit.
• 9.7. Einatomiges ideales Gas.
• 9.8. Starrer Rotator und harmonischer Oszillator.
• 9.9. Verallgemeinerung des Temperaturbegriffs.
• 10. Reale Gase und Dämpfe.
• 10.1. Siedeeigenschaften einfacher Stoffe.
• 10.1.1. Dampfdruckkurve.
• 10.1.2. Grenzkurven.
• 10.1.3. Überhitzter Dampf.
• 10.1.4. Kritischer Zustand.
• 10.1.5. Dampfgehalt.
• 10.1.6. Rauminhalt des Naßdampfes.
• 10.1.7. Wärmeumsatz bei der Verdampfung.
• 10.1.8. Versuch von Regnault.
• 10.1.9. Kalorische Zustandsgrößen des Naßdampfes.
• 10.1.9.1. Enthalpie des Naßdampfes.
• 10.1.9.2. Innere Energie des Naßdampfes.
• 10.1.9.3. Entropie des Naßdampfes.
• 10.1.9.4. Linien gleichen Dampfgehaltes x.
• 10.2. Schmelzen und Sublimieren.
• 10.3. clapeyron-Clausiussche Gleichung.
• 10.4. Besondere Zustandsänderung des Naßdampfes.
• 10.4.1. Isobare, p = konst.
• 10.4.2. Isochore, ? = konst.
• 10.4.3. Isentrope Zustandsänderung.
• 10.5. Zustandsgieichungen realer Gase und Dämpfe.
• 10.5.1. Zustandsgieichung von van der Waals.
• 10.5.2. Kontinuität des Übergangs vom Dampf zur Flüssigkeit.
• 10.5.3. Korrespondenzprinzip.
• 10.5.4. Spezielle Zustandsgieichungen.
• 10.5.4.1. Redlich-Kwong-Gleichung.
• 10.5.4.2. Martin-Gleichung.
• 10.5.4.3. Lee-Kesler-Gleichung.
• 10.5.4.4. Virialform der thermischen Zustandsgieichung.
• 10.5.4.5. Zustandsgieichungen des Wasserdampfes.
• 11. Wärmekraftprozesse.
• 11.1. Mittlere Wärmeumsatztemperatur.
• 11.2. Carnot-Prozeß mit idealem Gas.
• 11.3. Joule-oder Heißluftprozeß.
• 11.4. Gasturbinenprozesse mit internem Wärmeaustausch.
• 11.5. Dampfkraftprozesse.
• 11.5.1. Dampfuberhitzung.
• 11.5.2. h, s-Diagramm von Mollier.
• 11.5.3. Zwischenüberhitzung.
• 11.5.4. Regenerative Speisewasservorwärmung.
• 11.5.5. Typische Dampfkraftprozesse.
• 11.5.6. Heizkraftwerke.
• 12. Arbeitsvermögen.
• 12.1. Arbeitsvermögen eines Fremdstroms mit der Umgebung.
• 12.2. Mollier-h, s-Diagramm und Exergie.
• 12.3. Kontaktexergie und Mischexergie.
• 12.4. Anergie.
• 12.5. Exergie des Wasserdampfes.
• 12.6. Exergie eines geschlossenen Stoffvorrats und Exergie der Wärme.
• 12.7. Exergie als thermodynamische Bewertungsgröße.
• 13. Strömungsvorgänge.
• 13.1. Stoßfreie Strömung.
• 13.1.1. Wahl der Strömungsquerschnitte.
• 13.1.2. Stetigkeitsgleichung (Kontinuitätsgleichung).
• 13.1.3. Energieumsatz.
• 13.1.4. Reibungsbehaftete Vorgänge.
• 13.1.5. Polytrope Zustandsänderungen.
• 13.1.6. Adiabate Prozesse mit polytropen Zustandsänderungen.
• 13.1.7. Strömung durch Düsen.
• 13.1.8. Form der Düse.
• 13.1.9. Engster Querschnitt bei Schalldurchgangsströmung.
• 13.1.10. Mündungszustand bei Überschallströmung.
• 13.1.11. Bemessung des Düsenquerschnitts.
• 13.1.12. Gurgelquerschnitt ag und de-Laval-Querschnitt aL.
• 13.1.13. Durchflußfunktion.
• 13.1.14. Ausftußkoeffizient.
• 13.1.15. Rechnerischer Ruhezustand.
• 13.1.16. Einfluß des Eintrittszustandes auf die Strömung.
• 13.1.17. Unterschall-, Überschall-und Schalldurchgangsströmung.
• 13.1.18. Verbotene Geschwindigkeitsbereiche.
• 13.2. Strömung durch Verdichtungsstoß.
• 13.2.1. Gerader oder senkrechter Verdichtungsstoß.
• 13.2.2. Erhaltungssätze beim Verdichtungsstoß.
• 13.2.3. Verdichtungsstoß und Zweiter Hauptsatz.
• 13.2.4. Wärmedichte Strömung.
• 13.2.5. Dynamische Adiabate nach Rankine-Hugoniot.
• 13.2.6. Verdichtungsstoß im idealen Gas.
• 13.2.7. Fortpflanzung einer Druckfront.
• 13.2.8. Gerader Stoß in der Düse.
• 13.2.9. Aufbaubedingungen des geraden Stoßes in der Düse.
• 13.2.10. Stoßbedingungen dimensionslos dargestellt.
• 13.2.11. Geschwindigkeitsdiagramm.
• 13.2.12. Entropiezunahme im Verdichtungsstoß.
• 13.2.13. Schallgeschwindigkeit.
• 13.2.14. Staudruckgeräte.
• 13.2.15. Temperaturmessung im Strom.
• 13.3. Strömung mit Wärmezufuhr.
• 13.3.1. Spezifische Wärme einerStrömung.
• 13.3.2. Reibungslose beheizte Rohrströmung.
• 13.3.3. Kühlung einer Rohrströmung.
• 13.3.4. Verdampfungsvorgänge in beheizten Rohren.
• 14. Kältemaschinenprozesse.
• 14.1. Zusatzprozeß.
• 14.2. Grundregeln der Kältetechnik.
• 14.3. Kaltluftmaschine.
• 14.4. Kaltdampfmaschine.
• 14.5. Regelventil.
• 14.6. Trockenes Ansaugen.
• 14.7. Unterkühlung.
• 14.8. Zweistufige Verdichtung.
• 14.9. Wasserdampfstrahlkältemaschine.
• 14.9.1. Reversibler Dampfstrahlprozeß.
• 14.9.2. Irreversibler Dampfstrahlprozeß.
• 14.10. Trockeneis.
• 14.11. Wärmepumpe.
• 15. Verflüssigung von Gasen.
• 15.1. Theoretische Verflüssigungsarbeit.
• 15.2. Joule-Thomson-Effekt oder Drosseleffekt.
• 15.2.1. Inversion eines Drosseleffektes.
• 15.2.2. Integraler Drosseleffekt.
• 15.3. Gasverflüssigung nach Linde.
• 15.3.1. Wärmebilanz des Gegenströmers.
• 15.3.2. Drosseleffekt bei Umgebungstemperatur und Linde-Verfahren.
• 15.3.3. T, h-Diagramm.
• 15.3.4. Gegenströmer (Rekuperator).
• 15.3.5. Isothermer Kompressor.
• 15.3.6. Nichtumkehrbarkeiten des Linde-Verfahrens.
• 15.3.7. Doppelter Kreislauf.
• 15.3.8. Vorkühlung.
• 15.3.9. Gasverflüssigung, falls T> Tinv.
• 15.3.10. Ausbeute und erforderliche Kälteleistung, falls T> Tinv.
• 15.4. Luftverflüssigung nach Claude.
• 15.5. Gasverflüssigung nach Heylandt.
• 15.6. Heliumverflüssigung und Wandungsverluste.
• 15.7. Luftverflüssigung nach Kapitza.
• 15.8. Gaskältemaschine von Philips.
• 16. Verbrennung und Vergasung.
• 16.1. Verbrennung.
• 16.1.1. Zündtemperatur.
• 16.1.2. Stöchiometrische Beziehungen.
• 16.1.3. Feste und flüssige Brennstoffe.
• 16.1.4. Gasförmige Brennstoffe.
• 16.1.5. Feuerungskontrolle.
• 16.1.5.1. Kohlenstoffbilanz.
• 16.1.5.2. Stickstoffbilanz.
• 16.1.5.3. Sauerstoffbilanz.
• 16.1.5.4. Wasserstoffbilanz.
• 16.1.6. Verwendbarkeit derVerbrennungsgleichungen.
• 16.1.7. Wärmeerscheinungen bei der Verbrennung.
• 16.1.8. Adiabate Verbrennungstemperatur.
• 16.1.9. Verbrennungsverluste.
• 16.1.10. Irreversibilität der Verbrennung.
• 16.2. Vergasung.
• 16.2.1. Wasserdampfvergasung von Kohle.
• 16.2.2. Generatorgasdiagramm von Mollier-Hoffmann.
• 17. Thermodynamik der Wärmestrahlung.
• 17.1. Was ist Wärmestrahlung?.
• 17.1.1. Reflexion, Absorption, Durchlässigkeit.
• 17.1.2. Schwarzer Körper.
• 17.1.3. Hohlraumstrahlung.
• 17.1.4. Kirchhoffscher Satz.
• 17.1.5. Stefan-Boltzmannsches Gesetz.
• 17.2. Eigenschaften der Wärmestrahlung.
• 17.2.1. Strahldichte.
• 17.2.2. Energiedichte der Strahlung.
• 17.2.3. Druck und Dichte der Strahlung.
• 17.2.4. Entropie der Strahlung.
• 17.2.5. Entropieproduktion des Strahlungsaustausches.
• 17.2.6. Zweiter Hauptsatz und Stefan-Boltzmann-Gesetz.
• 17.2.7. Energieverteilung nach Planck.
• 17.2.8. Wiensches Verschiebungsgesetz.
• 17.2.9. Spektrale Entropieverteilung.
• 17.2.10. Gaseigenschaften der Strahlung im Hohlraum.
• 17.2.11. Strahlungsgesetze des Photonengases.
• 17.3. E? S?-Diagramm und Exergie der Wärmestrahlung.
• 17.3.1. E? S?-Diagramm der Wärmestrahlung.
• 17.3.2. Exergie der Wärmestrahlung.
• 17.4. Thermische Verwertung der Sonnenstrahlung.
• 17.4.1. Strahlungsverdichtende Kollektoren.
• 17.4.2. Gütegrad des Kollektorbetriebes.
• 17.4.3. Optimale Betriebsweise gekoppelter thermischer Solaranlagen...
• 17.4.4. Betrieb von Flachkollektoren.
• Lösungen der Aufgaben.
• Sachwörterverzeichnis.
• Beilagen.
• der BeilagenB.
• 1. ZahlentafelnB.
• 1.1. Spezifische Wärmekapazität, Enthalpie und Entropie ausgewählter StoffeB.
• 1.2. Dampftafel für WasserB.
• 1.3. Stoffwerte für flüssiges WasserB.
• 1.4. Dampftafel für AmmoniakB.
• 1.5. Dampftafel für KohlendioxidB.
• 1.6. Eigenschaften einigerGaseB.
• 2. Diagramme (s. gesondertes Faltblatt).
• 3. AufgabenB.