X Inhaltsverzeichnis Massenbilanz und Energiebilanz für einen Kontrollraum Instationäre Prozesse offener Sy

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1 Inhaltsverzeichnis 1 Allgemeine Grundlagen Einordnung der Thermodynamik als Wissenschaft Was ist Thermodynamik? Historische Entwicklung der Thermodynamik Die Entwicklungslinien der Thermodynamik System und Zustand System und Systemgrenzen Zustand und Zustandsgrößen Extensive, intensive, spezifische und molare Zustandsgrößen Zustandsgleichungen Die Temperatur als Zustandgröße Thermisches Gleichgewicht Thermometer und empirische Temperatur Die Temperatur des idealen Gasthermometers Temperaturskalen Die thermische Zustandsgleichung idealer Gase Prozesse Prozess und Zustandsänderung Reversible und irreversible Prozesse Stationäre Prozesse Der 1.Hauptsatz der Thermodynamik Die Postulate zum 1. Hauptsatz Energieformen Kinetische und potenzielle Energie Die innere Energie Arbeit und Wärme Mechanische Arbeit und Leistung Volumenänderungsarbeit Wellenarbeit Elektrische Arbeit und Arbeit nichtfluider Systeme Wärme und Wärmestrom Energiebilanzgleichungen Energiebilanzgleichungen für geschlossene Systeme

2 X Inhaltsverzeichnis Massenbilanz und Energiebilanz für einen Kontrollraum Instationäre Prozesse offener Systeme Der 1. Hauptsatz für stationäre Fließprozesse Enthalpie Der 2.Hauptsatz der Thermodynamik Entropie und Entropiebilanzen Einführende Überlegungen Die Formulierung des 2. Hauptsatzes durch Postulate Die Entropiebilanzgleichung für geschlossene Systeme Die Irreversibilität des Wärmeübergangs und die thermodynamische Temperatur Die Umwandlung von Wärme in Nutzarbeit. Wärmekraftmaschinen Die Entropiebilanzgleichung für einen Kontrollraum Die Entropiebilanzgleichung für stationäre Fließprozesse Die Entropie als Zustandsgröße Die Entropie reiner Stoffe Die Messung thermodynamischer Temperaturen und die Entropie idealer Gase Das T,s-Diagramm Fundamentalgleichungen und charakteristische Funktionen Gleichgewichts- und Stabilitätsbedingungen. Phasengleichgewicht Die Anwendung des 2. Hauptsatzes auf Energieumwandlungen: Exergie und Anergie Die beschränkte Umwandelbarkeit der Energie Die Definitionen von Exergie, Anergie und thermodynamischer Umgebung Die Rolle der Exergie in der Thermodynamik und ihren technischen Anwendungen Die Berechnung von Exergien und Exergieverlusten Exergie und Anergie der Wärme Exergie und Anergie eines Stoffstroms Exergiebilanzen und exergetische Wirkungsgrade Die thermodynamischen Eigenschaften reiner Fluide Die thermischen Zustandsgrößen Die p,v,t-fläche Das p, T-Diagramm und die Gleichung von Clausius-Clapeyron Die thermische Zustandsgleichung

3 Inhaltsverzeichnis XI Das Prinzip der korrespondierenden Zustände Kubische Zustandsgleichungen Das Nassdampfgebiet Nasser Dampf Dampfdruck und Siedetemperatur Die spezifischen Zustandsgrößen im Nassdampfgebiet Zwei Stoffmodelle: ideales Gas und inkompressibles Fluid Die Zustandsgleichungen des idealen Gases Die spezifischen Wärmekapazitäten idealer Gase Entropie und isentrope Zustandsänderungen idealer Gase Das inkompressible Fluid Zustandsgleichungen, Tafeln und Diagramme Die Bestimmung von Enthalpie und Entropie mit Hilfe der thermischen Zustandsgleichung Fundamentalgleichungen Schallgeschwindigkeit und Isentropenexponent Tafeln der Zustandsgrößen Zustandsdiagramme Gemische und chemische Reaktionen Mischphasen und Phasengleichgewichte Größen zur Beschreibung der Zusammensetzung Mischungsgrößen und die Irreversibilität des Mischungsvorgangs Partielle molare Größen Die Gibbs-Funktion einer Mischphase Chemische Potenziale. Membrangleichgewicht Phasengleichgewichte Phasengleichgewichte in Zweistoffsystemen Ideale Gemische Ideale Gasgemische Die Zustandsgleichungen idealer Gasgemische Ideale Lösungen Phasengleichgewicht. Gesetz von Raoult Ideale Gas-Dampf-Gemische. Feuchte Luft Der Sättigungspartialdruck des Wasserdampfes und der Taupunkt Absolute und relative Feuchte Die Wasserbeladung Das spezifische Volumen feuchter Luft Die spezifische Enthalpie feuchter Luft Das Enthalpie,Wasserbeladungs-Diagramm Die spezifische Entropie feuchter Luft Reale fluide Gemische

4 XII Inhaltsverzeichnis Realpotenzial und Fugazitätskoeffizient Thermische Zustandsgleichungen für Gemische Die Berechnung des Verdampfungsgleichgewichts mit der thermischen Zustandsgleichung des Gemisches Exzesspotenzial und Aktivitätskoeffizient Das Verdampfungsgleichgewicht bei mäßigen Drücken Die Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten Chemisch reagierende Gemische Reaktionen und Reaktionsgleichungen Stöchiometrie Reaktionsenthalpien und Standard-Bildungsenthalpien Der 3. Hauptsatz der Thermodynamik Die Anwendung des 2. Hauptsatzes auf chemische Reaktionen Chemische Exergien Reaktionsgleichgewichte Die Bedingungen des Reaktionsgleichgewichts Das Reaktionsgleichgewicht in einfachen Fällen. Gleichgewichtskonstanten Gasgleichgewichte Heterogene Reaktionsgleichgewichte Stationäre Fließprozesse Technische Arbeit, Dissipationsenergie und die Zustandsänderung des strömenden Fluids Dissipationsenergie und technische Arbeit Polytropen. Polytrope Wirkungsgrade Strömungs- und Arbeitsprozesse Strömungsprozesse Adiabate Düsen und Diffusoren Querschnittsflächen adiabater Düsen und Diffusoren Adiabate Turbinen und Verdichter Nichtadiabate Verdichtung Wärmeübertrager Die Anwendung des 1. Hauptsatzes Die Temperaturen der beiden Fluidströme Der Exergieverlust eines Wärmeübertragers Thermische Stofftrennprozesse Trocknen Verdampfen und Eindampfen Destillieren und Rektifizieren Absorption

5 Inhaltsverzeichnis XIII 7 Verbrennungsprozesse und Verbrennungskraftmaschinen Mengenberechnung bei vollständiger Verbrennung Brennstoffe und Verbrennungsgleichungen Mindestluftmenge, Luftverhältnis und Verbrennungsgas Brennstoffe mit bekannter Elementaranalyse Brennstoffe mit bekannter chemischer Zusammensetzung Energetik der Verbrennungsprozesse Die Anwendung des 1. Hauptsatzes Heizwert und Brennwert Abgasverlust und Kesselwirkungsgrad Die Nutzung der Wasserdampf-Teilkondensation in Brennwertkesseln Die adiabate Verbrennungstemperatur Die Exergie der Brennstoffe Der Exergieverlust der adiabaten Verbrennung Verbrennungskraftanlagen Leistungsbilanz und Wirkungsgrad Die einfache Gasturbinenanlage Die genauere Berechnung des Gasturbinenprozesses Die Gasturbine als Flugzeugantrieb Verbrennungsmotoren Die Brennstoffzelle Die Nernst-Gleichung Die Strom-Spannungskennlinie Brennstoffzellen-Systeme und Wasserstoff-Erzeugung Thermodynamik der Wärmekraftanlagen Die Umwandlung von Primärenergie in Nutzenergie Übersicht über die Umwandlungsverfahren Thermische Kraftwerke Kraftwerkswirkungsgrade Kreisprozesse für Wärmekraftmaschinen Dampfkraftwerke Die einfache Dampfkraftanlage Zwischenüberhitzung Regenerative Speisewasser- und Luftvorwärmung Das moderne Dampfkraftwerk Kombinierte Gas-Dampf-Kraftwerke Kernkraftwerke Die CO 2 -Emissionen der Stromerzeugung Die Berechnung der CO 2 -Emission Ergebnisse

6 XIV Inhaltsverzeichnis 9 Thermodynamik des Heizens und Kühlens Thermodynamische Grundlagen des Heizens und des Kühlens Die Grundaufgabe der Heiztechnik und der Kältetechnik Wärmepumpe und Kältemaschine Wärmetransformation Heizsysteme Heizzahl und exergetischer Wirkungsgrad Konventionelle Heizsysteme Wärmepumpen-Heizsysteme Kraft-Wärme-Kopplung. Heizkraftwerke Einige Verfahren zur Kälteerzeugung Kompressionskältemaschinen Absorptionskältemaschinen Kältemittel Das Linde-Verfahren zur Luftverflüssigung Mengenmaße, Einheiten, Stoffdaten Mengenmaße Masse und Gewicht Teilchenzahl und Stoffmenge Das Normvolumen Einheiten Die Einheiten des Internationalen Einheitensystems Einheiten anderer Einheitensysteme. Umrechnungsfaktoren Stoffdaten Allgemeine Daten Berechnungsgleichungen für Enthalpie und Entropie von Luft und Verbrennungsgasen Tabellen der mittleren spezifischen Wärmekapazität und der spezifischen Entropie beim Standarddruck Aus der Dampftafel für Wasser Heizwerte, Brennwerte und Brennstoff-Exergien Literatur Index

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