Keine Panik vor Thermodynamik! Erfolg und Spaß im klassischen Dickbrettbohrerfach" des Ingenieurstudiums

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1 Dirk Labuhn Oliver Romberg Keine Panik vor Thermodynamik! Erfolg und Spaß im klassischen Dickbrettbohrerfach" des Ingenieurstudiums \ 4., aktualisierte Auflage STUDIUM... V : ;; VIEWEG+ TEUBNER

2 Inhaltsverzeichnis Grundlagen Mathe für Thermodynamiker und -innen Deutsch für Thermodynamiker (m/w) Hier, geht nix verloren - die Sache mit der Energie Erstmal Bilanz ziehen Zustandsgrößen und Prozessgrößen Masse und Stoffmenge Spezifische, intensive und extensive Größen Zwei alte Bekannte ' Druck Temperatur, Kurze Prozesse! 23 Thermische Zustandsgieichungen Ideal einfach - Das ideale Gasgesetz Noch einfacher - Das inkompressible Fluid Malen nach Zahlen - Zustandsdiagramme, Das p,v-diagramm Das T,v-Diagramm Das p,t-diagramm und die Antoine-Gleichung Das Nassdampfgebiet aus der Nähe betrachtet Weniger einfach - Kubische Zustandsgieichungen Die lineare Interpolation 46 Unsere erste Bilanz, die Massenbilanz 48 Hauptsache Hauptsätze - Der 1. Hauptsatz Rein oder raus? Wie vereinfache ich meinen Hauptsatz? Über Wärme und Arbeit Der 1. Hauptsatz für geschlossene Systeme Der 1. Hauptsatz für offene Systeme Beispiele für Energiebilanzen 73 IX

3 4.6.1 Ein quasi-stationärer Fließprozess ' ' Ein klassischer stationärer Fließprozess Ein instationärer Fließprozess Noch ein stationärer Prozess Energie wirkt immer! ' ' 80 5 Wenn das Nudelwasser überkocht und ähnliche Dramen 82 ; 5.1 Im Namen des Stoffgesetzes - Kalorische Zustandsgieichungen Kalorische Zustandsgieichung idealer Gase Zustandsänderungen beim idealen Gas Isotherme Zustandsänderung Isochore Zustandsänderung Isobare Zustandsänderung Isentrope Zustandsänderung Kalorische Zustandsgieichung inkompressibler Fluide Der Joule-Thomson Effekt Hauptsätze und Nebensätze - Der 2. Hauptsatz Entropie - Die Sache mit der Unordnung Die Entropiebilanz Die Berechnung von Entropieströmen Die Fundamentalgleichung Die Entropie der Materie Entropiezustandsgleichung für das ideale Gas Entropiezustandsgleichung für das inkompressible Fluid Die Entropie der Wärme Entropieerzeugung durch Dissipation Der 2. Hauptsatz, ganz allgemein Das T,s-Diagramm Energie und Entropie im Nassdampfgebiet Das h,s-diagramm Turbinen, Verdichter, isentrope Wirkungsgrade Exergie und Anarchie Exergie-Rechnereien 136 X

4 7.1.1 Exergie und Anergie eines geschlossenen Systems Exergie und Anergie der Wärme..., Exergie und Anergie eines Massenstroms Ex und hopp - Exergieverluste Der exergetische Wirkungsgrad Wärmeübertragung 144,8.1 Wärmeleitung Konvektion Wärmestrahlung Kreisprozesse Linksherum und rechtsherum im Kreis Wärmekraftmaschinen.- > Wirkungsgrade von Wärmekraftmaschinen 153, Kältemaschinen und Wärmepumpen, Leistungszahlen von Kältemaschinen/Wärmepumpen 156,9.2 Realisierungen rechts laufender Kreisprozesse Der Streber - Carnot Kreisprozesse die Gas geben Ericsson-Prozess Joule-Prozesse, offen oder geschlossen Stirling-Prozess On the road - Verbrennungsmotoren Otto-Prozess Diesel-Prozess Kreisprozesse in XXL - Dampfkraftanlagen Einfacher Dampfkraft- und Clausius-Rankine-Prozess Dampfkraft-Prozess mit Zwischenüberhitzung Dampfkraft-Prozess mit Speisewasservorwärmung Der Gesamtwirkungsgrad von Dampfkraftanlagen Realisierungen links laufender Kreisprozesse Der Kompressorkühlschrank Luftverflüssigung nach Linde Gemischte Gefühle oder gefühlte Gemische 209 XI

5 10. L Die Beschreibung von Gemischen. ' Die Bäckermethode > Die Erbsenzählermethode Backerbsen - wiegen oder zählen? Ideale Gemische von Gasen und von Flüssigkeiten Das ideale Gasgemisch Die ideale Lösung Das Phasengleichgewicht Siedediagramme für binäre Gemische Das p,xy-diagramm ' Das T,xy-Diagramm Nicht nur in den Tropen ein Problem - Feuchte Luft Die Zusammensetzung von feuchter Luft Stoffwerte von feuchter Luft ' Zustandsänderungen feuchter Luft Isobares Abkühlen feuchter Luft " Adiabates Mischen feuchter Luft Verbrennungen dritten Grades Das Sauerstoffangebot Der Sauerstoffbedarf Kohle, Koks und Konsorten Gas, Grappa und Genossen Erstmal tief Luft holen Bilanzen bei der technischen Verbrennung und sonst? Aufgaben mit Lösungsweg Aufgaben zum idealen Gasgesetz Aufgaben zum ersten Hauptsatz Aufgaben zum Nassdampfgebiet Aufgaben zum zweiten Hauptsatz Aufgaben zur Exergie Aufgaben zu Kreisprozessen 311 XII

6 14.7 Aufgaben zu Gemischen 14.8 Aufgaben zu feuchter Luft 14.9 Aufgaben zur Verbrennung Literaturverzeichnis Sachregister XIII

Inhaltsverzeichnis VII

Inhaltsverzeichnis VII Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen 1 1.1 Mathe für Thermodynamiker und -innen 1 1.2 Deutsch für Thermodynamiker (m/w) 2 1.2.1 Hier geht nix verloren - die Sache mit der Energie 4 1.2.2 Erst mal Bilanz ziehen

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