Name Charakteristik Beispiele
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- Petra Brauer
- vor 7 Jahren
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1 hermodynamishe Grundrozesse: Name Charakteristik Beisiele Isohor Isobar Isotherm Isoenergetish ) Isenthal ) Isentro 3) V = onst P = onst = onst U = onst H = onst S = onst Erwärmung oder Abkühlung in festen Kesseln; Shnelle hemishe Reaktion (z.b. Exlosionen) Erwärmung oder Abkühlung in Wärmetaushern; Langsame hemishe Reaktion bei konstantem Druk Langsame Exansion oder Komression im emeraturgleihgewiht mit der Umgebung emeraturausgleihs- oder Mishungsrozeß im abgeshlossenen System Shneller Drukabfall bei realer Strömung durh Engstelle ohne Wärmeaustaush mit der Umgebung (Drosselung) Shnelle Exansion oder Komression ohne Wärmeaustaush mit der Umgebung ) Nah Herausziehen der rennwand findet emeraturausgleih oder Mishung der Stoffe und statt. Also ist dq = dw = 0 du = 0 ) Während des shnellen Drukabfalls findet kein Wärmeaustaush mit der Umgebung statt. Also ist dq = dw t = 0 dh = 0 3) Während der shnellen Strömung durh die urbine findet kein Wärmeaustaush mit der Umgebung statt. Also ist für eine ideale urbine dq re = 0 ds = 0 dw t = dh oder W t, = H - H
2 Ideales Gas hermishe Zustandsgleihung: V = mr i oder = R i R i = sezielle Gaskonstante (tabelliert) Kalorishe Zustandsgleihungen: ( ) oder du d u u = = ( ) oder dh d h h = = Beim idealen Gas sind isotherme, isoenergetishe und isenthale Zustandsänderung identish. = sezifishe Wärmekaazität bei konstantem Volumen (tabelliert) = sezifishe Wärmekaazität bei konstantem Druk (tabelliert) dh = du + d() = du + R i d - = R i dq re + dw = du ds - d = d ds = R d + d = R d + d d d i i = + + d s s = ln + ln Zustandsänderungen: Isobar: = onst onst = Isohor: = onst = onst Isotherm: = onst = onst Isentro: d d s = onst = Mit dem Isentroenexonenten κ = > folgt daraus κ = onst Polytro: Alle Zustandsgrößen sind ariabel n = onst n kann ositi oder negati sein und wird an Meßwerte angeaßt. Es wird die sezifishe Wärmekaazität längs n κ der Polytroen definiert: n = n
3 Zustandsänderungen des idealen Gases Zustandsänderung q w, w t, s,-diagramm,s-diagramm Isobar = onst ( ) ( ) 0 ln Isohor = onst ( ) 0 ( ) ln Isotherm = onst R i ln Ri ln Ri ln R ln i Isentro s = onst 0 ( ) ( ) 0 Polytro (ariabel) n ( ) R i ( ) n nri( ) n n ln
4
5 Joule-Prozess als Gasturbinen-Vergleihsrozess : Isentroe Komression (shnelllaufendender urbokomressor) 3 : Isobare Erwärmung 3 4 : Isentroe Exansion (shnelllaufende urbine) 4 : Isobare Abkühlung
6 Erisson-Prozess (Akeret-Keller-Prozess) als Gasturbinen-Vergleihsrozess Im Gegenstromwärmetausher findet interner Wärmeaustaush statt. : Isotherme Komression (gekühlter urbokomressor) 3 : Isobare Erwärmung 3 4 : Isotherme Exansion (beheizte urbine) 4 : Isobare Abkühlung
7 Gasturbine mit offenem Kreislauf und innerer Wärmezufuhr Abart: urbinenstrahltriebwerk
8 Gasturbine mit geshlossenem Kreislauf und äußerer Wärmezufuhr
9 Bewegungsablauf im Stirling-Motor KÜHLUNG KÜHLUNG VERDRÄNGERKOLBEN WÄRME VERDRÄNGERKOLBEN WÄRME 3 KÜHLUNG KÜHLUNG KUPFER- ARBEISKOLBEN WOLLE ARBEISKOLBEN KUPFER- WOLLE KUPFER- WOLLE ARBEISKOLBEN ARBEISKOLBEN KUPFER- WOLLE VERDRÄNGERKOLBEN WÄRME VERDRÄNGERKOLBEN WÄRME 3 4 4
10 SIRLING-KREISPROZESS : Arbeitskolben steht im linken Umkehrunkt; Verdrängerkolben bewegt sih nah rehts; Isohore Abkühlung: Q < 0 3 : Arbeitskolben bewegt sih nah rehts; Verdrängerkolben steht im rehten Umkehrunkt; Isotherme Komression: Q < : Arbeitskolben steht im rehten Umkehrunkt; Verdrängerkolben bewegt sih nah links; Isohore Erwärmung: Q > : Arbeitskolben bewegt sih nah links; Verdrängerkolben steht im linken Umkehrunkt; Isotherme Exansion: Q > 0 4 Es gilt: Q = - Q (interner Wärmeaustaush) 34 4 V V V V V s 3
11
12 Otto-Prozess (Gleihraumrozess) V K = Komressionsolumen; V H = Hubolumen; : Isentroe Komression 3 : Isohore Erwärmung: Sehr shnelle Verbrennung durh Fremdzündung: Q 3 > : Isentroe Exansion (Arbeitshub) 4 : Isohore Abkühlung: Ersatzrozess für Ladungswehsel: Q 4 < 0 (Ausstoßen der heißen Abgase und Ansaugen on kaltem Gemish)
13 Diesel-Prozess (Gleihdrukrozess) V K = Komressionsolumen; V H = Hubolumen; : Isentroe Komression 3 : Isobare Erwärmung: Verbrennung des in die komrimierte Luft eingesritzten Kraftstoffs nah Selbstzündung: Q 3 > : Isentroe Exansion (Arbeitshub) 4 : Isohore Abkühlung: Ersatzrozess für Ladungswehsel: Q 4 < 0 (Ausstoßen der heißen Abgase und Ansaugen on kaltem Gemish)
14 Zustandsänderungen beim Viertakterfahren im,v-diagramm Zustandsänderungen beim Zweitakterfahren im,v-diagramm
15 Exerimentell ermittelter Vergleih on Leistung und sezifishem Kraftstofferbrauh b e für einen Diesel- und einen Ottomotor, die beide 55 kw leisten. Im Leistungsmaximum gilt: Diesel Otto sezifisher Kraftstofferbrauh b e zeitbezogener Kraftstofferbrauh b z = b e P max 47,4 g/kwh 38,5 g/kwh 3,6 kg/h 3, kg/h Dihte des Kraftstoffes ρ 0,78 kg/l 0,70 kg/l zeitbezogener Volumenerbrauh b z /ρ Strekenerbrauh ro 00 km bei max = 70 km/h 7,4 l/h 8,7 l/h 0, l,0 l
16 a) b) Vergleih der annähernd maßstabsgerehten Arbeitsdiagramme on Otto- und Dieselmotor a) Ottomotor, ε = 9; b) Dieselmotor, ε = 8 Z = Zündunkt; EB = Einsritzbeginn; EE = Einsritzende aus: W. Kalide, Energieumwandlung in Kraft- und Arbeitsmashinen Arbeitsweisen Ottomotor Dieselmotor Kraftstoff-Luftgemish, Menge Luft, Menge unabhängig on. Ansaugen je nah gewünshter Leistung Motorleistung Kraftstoff-Luftgemish auf Luft auf :5 bis :0, am Ende der :7 bis :0 Verdihtung Einsritzen on Kraftstoff. Verdihten Druk im Motor: a. 0 6 bar Druk im Motor: a bar Endtemeratur: C Beginn der Verbrennung durh Zündfunken (Zündkerze) Endtemeratur: C Selbstzündung des eingesritzten Kraftstoffes durh hohe emeratur im Motor Höhstdruk: bar 3. Verbrennen emeratur: C Höhstdruk: bar emeratur: C Abshluss durh Exansion (Arbeitsleistung) Ausshieben der Abgase Abshluss durh Exansion (Arbeitsleistung) Ausshieben der Abgase 4. Ausuffen Abgastemeratur: 800 C bei Leerlauf C bei Volllast Abgastemeratur: 50 C bei Leerlauf C bei Volllast Verlust: 36 % der Kraftstoffenergie Verlust: 9 % der Kraftstoffenergie 5. Gesamtwirkungsgrad a. 4 % a. 3 % Shadstoffemissionen on PKW im Vergleih Ottomotor Dieselmotor ohne Katalysator mit Katalysator Stikoxide 00 % 0 % 50 % Kohlenmonoxid 00 % 0 % 0 % Kohlenwasserstoffe 00 % 0 % 5 % Shwefeldioxid 00 % 00 % 000 % Partikel 00 % 3 % 000 %
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