TECHNISCHE UNIVERSITÄT DARMSTADT

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1 TECHNISCHE UNIVERSITÄT DARMSTADT Glossar zu den Vorlesungen Technische Thermodynamik I und II sowie Wärme- und Stoffübertragung Fachgebiet Technische Thermodynamik Prof. Dr.-Ing. Peter Stephan In diesem Glossar sind vi ele Begriffe, die für Studierende zu Beginn meiner Vorlesungen neu sein dürften oder deren genaue thermodynamische Bedeutung noch nicht verinnerlicht ist, in alphabetischer Reihenfolge kurz erläutert. In den Vorlesungen werden diese Begriffe ausführlich eingeführt, erläutert und in den Vorlesungen und Übungen immer wieder verwendet. Das Glossar soll den Lernprozess verbessern und als Nachschlagewerk dienen. Am Ende der Vorlesungen und Übungen sollten den Studierenden die Begriffe geläufig sein. FG Technische Thermodynamik 1

2 A Abdampf Als Abdampf wird der in einer Wärmekraftmaschine aus der Turbine austretende Dampf bezeichnet. absolute Feuchte ( feuchte Luft) Absorptionsgrad ( Wärmestrahlung) Abwärme Abwärme ist die von Maschinen oder Anlagen an deren Umgebung abgegebene und wegen des niedrigen Temperaturniveaus im allgemeinen nicht mehr nutzbare Wärme. ACKERET-KELLER-Prozess ( ERICSSON-Prozess) adiabat, Adiabate ( adiabates System) Ein System bezeichnet man als adiabat, wenn über seine Systemgrenze hinweg keine Wärme übertragen wird. Zustandsänderungen an einem solchen System sind adiabate Zustandsänderungen. Als Adiabate bezeichnet man eine Linie in einem Zustandsdiagramm, die eine adiabate Zustandsänderung beschreibt. Aggregatzustand Die Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig sind Erscheinungsformen der Stoffe und unterscheiden sich nach dem Ordnungsgrad ihrer Teilchen, deren Wechselwirkung untereinander und deren Beweglichkeit gegeneinander. Ähnlichkeitstheorie ( Kennzahl) Physikalische Vorgänge sind einander ähnlich, wenn sich ihre mathematischen Beschreibungen nicht unterscheiden und ihre charakteristischen Größen in festen Verhältnissen zueinander stehen. D.h., Ähnlichkeit ist gegeben, wenn die Werte der entsprechenden dimensionslosen Kennzahlen übereinstimmen. Anergie Die Anergie ist der in einer bestimmten Umgebung nicht in Exergie umwandelbare Teil einer Energie. Anlage Eine Anlage besteht aus Maschinen und Apparaten sowie den zu ihrem Betrieb notwendigen Geräten, Leitungen und dem Zubehör. Apparat Ein Apparat ist ein von Stoffströmen durchflossener oder chargenweise befüllter Gegenstand, in dem Prozesse ablaufen. Arbeit ( Energie) Arbeit ist eine Form der Energie, und zwar die auf mechanischem Wege übertragene Energie (Kraft*Weg). Die Energieform Arbeit tritt daher nur an Systemgrenzen auf und ist nicht speicherbar. Arbeit ist eine Prozessgröße. Es werden mehrere Arten von Arbeit unterschieden: Volumenänderungsarbeit Technische Arbeit Kreisprozessarbeit Nutzarbeit Wellenarbeit Reibungsarbeit Arbeitsfähigkeit ( Exergie) Arbeitsleistung ( Leistung) Als Arbeitsleistung (oder häufig kurz Leistung) bezeichnet man eine über eine Systemgrenze übertragene Arbeit, bezogen auf die Zeitspanne der Übertragung. Arbeitsmedium Arbeitsmedien sind Stoffe, im allgemeinen Flüssigkeiten oder Gase, mit denen in thermischen Maschinen oder Apparaten Prozesse ausgeführt werden. B Behältersieden Beim Behältersieden wird Flüssigkeit durch die Erwärmung einer begrenzenden Wand über die Sättigungstemperatur der Flüssigkeit unter freier Strömung verdampft. In Abhängigkeit von der Wandüberhitzung treten dabei unterschiedliche Verdampfungsformen auf wie Konvektionssieden (Stilles Sieden), Blasensieden oder Filmsieden auf. Bezugssystem Ein Bezugssystem ist ein Koordinatensystem, das festgelegt wird, um Lage und Bewegung eines Systems beschreiben zu können. FG Technische Thermodynamik 2

3 Bezugszustand Ein Bezugszustand ist ein durch Vereinbarung festgelegter Zustand. Auf einen Bezugszustand umgerechnete Größen (z.b. Volumina) lassen sich miteinander vergleichen.. BIOT-Zahl ( Kennzahl) Blasensieden Beim Blasensieden ( Behältersieden) wachsen in den Vertiefungen der wärmeabgebenden Oberfläche Dampfblasen, die sich bei einer bestimmten Größe von der Wand lösen und zur Oberfläche aufsteigen. Die damit verbundenen Vorgänge verbessern den Wärmeübergang gegenüber Konvektionssieden und Filmsieden erheblich. Brennstoff Brennstoffe sind Stoffe, die bei der Verbrennung (Oxidation) Energie freisetzen. Sie können fest, flüssig oder gasförmig sein und neben oxidierbaren (brennbaren) Stoffen auch inerte Stoffe und Sauerstoff enthalten. Brennstoffe werden auch als Kraftstoffe oder Treibstoffe bezeichnet. Brennwert ( Oberer Heizwert) C Carnotisierung Mit Carnotisierung bezeichnet man Maßnahmen, die zur Annäherung eines realen Prozesses an den CARNOT-Prozess und damit zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades führen (z.b. Speisewasservorwärmung, Zwischenüberhitzung). CARNOT-Prozess Der CARNOT-Prozess ist ein Vergleichsprozess aus zwei isentropen (reversiblen adiabaten) und zwei isothermen Zustandsänderungen, der in erster Linie theoretische Bedeutung hat. Er hat bei gegebener maximaler oberer und minimaler unterer Prozesstemperatur den größtmöglichen thermischen Wirkungsgrad. CLAUSIUS -CLAPEYRON-Gleichung Die CLAUSIUS-CLAPEYRON-Gleichung verknüpft die Verdampfungsenthalpie mit thermischen Zustandsgrößen. Sie beschreibt die Steigung der Dampfdruckkurve. CLAUSIUS -RANKINE-Prozess Der CLAUSIUS-RANKINE-Prozess ist ein Vergleichsprozess für Dampfkraftmaschinen aus zwei isentropen (reversiblen adiabaten) und zwei isobaren, mit Phasenwechsel des Fluids (i.a. H 2 O) verbundenen Zustandsänderungen. D Dampf Als Dampf bezeichnet man ein gasförmiges Fluid, dessen Zustand sich nahe dem Nassdampfgebiet befindet. Dampfdruck ( Da mpfdruckkurve) Der Dampfdruck ist der Druck, der sich im thermischen Gleichgewicht in der dampfförmigen Phase über der flüssigen Phase eines Stoffes einstellt. Der Dampfdruck ist bei chemisch einheitlichen Stoffen (Reinstoffen) nur von der Temperatur abhängig. Dampfdruckkurve Die Dampfdruckkurve ist die Kurve im p,t -Diagramm, die Zustände beschreibt, bei denen Phasengleichgewicht zwischen Flüssigkeit und Dampf herrscht. Sie gibt die Wertepaare von Druck und Temperatur für den Nassdampf an. Dampferzeuger Im Dampferzeuger einer Dampfkraftanlage wird das eingespeiste flüssige Wasser durch Wärmezufuhr z.b. von heizen Verbrennungsgasen in Dampf umgewandelt. Dampfgehalt Der Dampfgehalt gibt an, wie groß der Anteil des Sattdampfes an einem Nassdampf ist. Der Dampfgehalt ist das Verhältnis der Masse des Sattdampfes zu der Masse des Nassdampfes. FG Technische Thermodynamik 3

4 Dampfkraftanlage ( Dampfkraftmaschine) Dampfkraftmaschine ( Wärmekraftmaschine) Eine Dampfkraftmaschine ist eine Wärmekraftmaschine. Der in einem Dampferzeuger durch Wärmezufuhr entstehende Wasserdampf expandiert in einer Dampfturbine oder einer Kolbendampfmaschine unter Arbeitsabgabe. Der Abdampf wird im Kondensator durch Wärmeabgabe an die Umgebung verflüssigt. Das Kondensat wird durch die Speisepumpe wieder auf den höheren Druck gebracht und in den Dampferzeuger eingespeist. In modernen Kraftwerken wird der Prozess zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades z.b. mit Speisewasservorwärmung und Zwischenüberhitzungen ausgeführt. Man spricht dann von einer Dampfkraftanlage. Dampfkraftprozess ( CLAUSIUS-RANKINE-Prozess) Eine Dampfkraftmaschine ist eine Wärmekraftmaschine. Der in einem Dampferzeuger durch Wärmezufuhr Dampfkraftwerk ( Dampfkraftmaschine) Dampftafel In der Dampftafel eines Stoffes sind Werte der Zustandsgrößen für Flüssigkeit, Sattdampf und Heißdampf tabelliert. Dampfturbine In einer Dampfturbine wird ein Teil der Energie des Frischdampfes in Arbeit umgewandelt, die über Wellen nach außen abgegeben wird. Die Expansion des Dampfes findet im allgemeinen in einer Vielzahl von aufeinander folgenden Stufen statt. Man unterscheidet folgende Bereiche: Hochdruckturbine Hochdruckturbinen sind gekennzeichnet durch kleine Strömungsquerschnitte und niedrige Schaufelhöhen sowie durch dickwandige und gegen hohe Temperaturen beständige Gehäuse. Mitteldruckturbine In Mitteldruckturbinen wird die Volumenzunahme des Dampfes merklich stärker, die Strömungsquerschnitte wachsen entsprechend. Niederdruckturbine In Niederdruckturbinen sind sehr große Strömungsquerschnitte für den häufig bis weit unter Atmosphärendruck expandierenden Dampf erforderlich. Niederdruckturbinen werden daher i.a. zweiflutig gebaut - der Dampf tritt in der Mitte ein und expandiert nach beiden Seiten. Die Baugröße ist durch die Beanspruchung der sehr langen Schaufeln durch Fliehkraft und Schwingungen und den damit verbundenen Festigkeitsproblemen am Schaufelfuß begrenzt. Desublimationslinie Die Desublimationslinie trennt in Diagrammen Sublimationsgebiet und Dampfgebiet.. desublimieren Desublimieren heißt der Phasenwechsel von der dampfförmigen in die feste Phase. diatherm Eine Systemgrenze (z.b. eine Wand) ist diatherm, wenn Wärme durch sie hindurch übertragen werden kann. (Gegenteil: adiabat) Dichte Die Dichte ist die auf das Volumen eines Systems bezogene Masse dieses Systems und damit der Kehrwert des spezifischen Volumens. DIESEL-Motor ( DIESEL-Prozess) In einem DIESEL-Motor ist der DIESEL-Prozess für Wärmekraftmaschinen näherungsweise verwirklicht. DIESEL-Prozess Der Diesel-Prozess ist ein Vergleichsprozess für Verbrennungsmotoren aus zwei isentropen (reversiblen adiabaten), einer isobaren und einer isochoren Zustandsänderung. Differential Man unterscheidet das partielle und das totale Differential. partielles Differential Der partielle Differential quotient einer von mehreren Variabeln abhängigen Größe ist der Quotient aus dem Differential der abhängigen Variabeln und dem Differential einer der unabhängigen Variabeln bei Konstanz der übrigen Variabeln. Das partielle Differential ist das Produkt aus dem partiellen Differentialquotienten und dem Differential der unabhängigen Variabeln. totales Differential Das totale Differential einer von mehreren Variabeln abhängigen Größe ist die Summe aller partiellen Differentiale. Diffusion Diffusion ist ein Stofftransport in einem Mehrstoffsystem infolge eines Konzentrationsgefälles. Dissipation Bei Prozessen wie z.b. Reibung, Verformung und Verwirbelung wird Energie verstreut (dissipiert). Sie ist damit entwertet und nicht mehr direkt zu nutzen. FG Technische Thermodynamik 4

5 Dissipationsenergie Die Dissipationsenergie ist die Energie, die aufgrund Dissipation verstreut (dissipiert) wird. Drosselprozess, Drosselung Bei einem Drosselprozess strömt ein Fluid durch eine Drosselstelle (z.b. Engstelle in einem Strömungskanal), wobei der Druck durch Verwirbelungs- und Reibungsvorgänge abnimmt. Die Expansion erfolgt ohne Abgabe von Arbeitsleistung. Eine Drosselstelle kann meistens als adiabat angesehen werden. Eine adiabate Drosselung bewirkt eine isenthalpe Zustandsänderung, wenn die kinetische und potentielle Energie des Fluids vor und nach der Drosselung gleich sind. Druck Der Druck ist eine intensive, thermische Zustandsgröße und zeigt an, ob zwei geschlossene Systeme miteinander im mechanischen Gleichgewicht stehen. Man unterscheidet: absoluter Druck Der absolute Druck ist der Druck gegenüber dem Druck Null im leeren Raum. Überdruck Der Überdruck ist die Differenz zwischen dem absoluten Druck und dem atmosphärischen Luftdruck. E Einspritzverhältnis ( Verbrennungsmotor) Eisnebel Eisnebel kann sich in feuchter Luft bilden. Eisnebel ist Nebel bei Temperaturen unterhalb der Erstarrungstemperatur des Wassers. Der über den Sättigungswassergehalt hinausgehende Wassergehalt findet sich als Eis (Reif, Schnee) in der feuchten Luft. Emission ( Wärmestrahlung) Jede feste, flüssige oder gasförmige Materie gibt entsprechend ihrer Strahlungseigenschaften und ihrer Temperatur Wärmestrahlung bei verschiedenen Wellenlängen ab. Die Emissionseigenschaften und die Emission werden u.a. beschrieben durch folgende Größen: Emissionsgrad spektraler Emissionsgrad LAMBERTsches Kosinusgesetz WIENsches Verschiebungsgesetz spektrale Strahlungsintensität Emissionsgrad ( Wärmestrahlung) Der Emissionsgrad beschreibt das Verhältnis des insgesamt emittierten Wärmestroms zu dem des schwarzen Körpers gleicher Temperatur. Streng genommen muss er Gesamtemissionsgrad genannt werden zur Unterscheidung vom spektralen Emissionsgrad. empirisch Empirische Größen sind Größen, die durch Messverfahren eingeführt sind. Empirische Ve rfahren liefern Ergebnisse durch Versuche und Beobachtungen. Energie Energie ist die in Systemen speicherbare und zwischen Systemen übertragbare physikalische Eigenschaft, deren Übertragung Zustandsänderungen im abgebenden und im aufnehmenden System bewirkt. Zustandsgrößen wie Innere Energie und Enthalpie kennzeichnen die in Systemen gespeicherte bzw. mit Stoffströmen transportierte Energie. Prozessgrößen wie Wärme und Arbeit kennzeichnen die Energie, die zwischen Systemen übertragen wird, ohne an einen Stoffstrom gebunden zu sein. Energiebilanz Als Energiebilanz bezeichnet man die Summierung der über die Grenze eines Systems übertragenen Energien und der Änderungen des Energieinhaltes des Systems. Bei stationären Prozessen offener Systeme enthält die Energiebilanz nur die über die Systemgrenze als Arbeitsleistung, Wärmeleistung oder gebunden an einen Stoffstrom übertragenen Energieströme. Die Energiebilanz wird in der Lehre der Thermodynamik als Erster Hauptsatz bezeichnet. Energieerzeugung Energie kann nach dem Ersten Hauptsatz weder erzeugt noch vernichtet werden. Energieerzeugung ist der umgangssprachliche Ausdruck für die Umwandlung gespeicherter Energie in Wärme oder Arbeit. Energiestrom ( Leistung) Der Energiestrom gibt an, wieviel Energie innerhalb einer Zeitspanne über eine Systemgrenze fließt. Enthalpie ( Energie) Die Enthalpie ist eine Zustandsgröße, die den Energieinhalt eines Stoffstromes kennzeichnet. FG Technische Thermodynamik 5

6 Enthalpiestrom ( Leistung) Ein Enthalpiestrom gibt an, wieviel Enthalpie innerhalb einer Zeitspanne mit einem Stoffstrom über eine Systemgrenze fließt. Entropie Die Entropie ist die extensive physikalische Eigenschaft, die zusammen mit Wärme und Stoffen über die Grenze eines Systems transportiert wird. Entropie kann in Systemen gespeichert werden und wird durch irreversible Prozesse entsprechend des Exergieverlustes erzeugt. Die Entropie adiabater geschlossener Systeme kann niemals abnehmen. Entropiebilanz ( Zweiter Hauptsatz) Als Entropiebilanz bezeichnet man die Summierung der über die Grenze eines Systems übertragenen Entropien, der im System durch Irreversibilitäten erzeugten Entropie und der Änderungen des Entropieinhaltes des Systems. Bei reversiblen Prozessen geschlossener Systeme ist die Änderung der Entropie gleich die auf die thermo dynamische Temperatur bezogene, über die Systemgrenze übertragene Wärme. Die Entropiebilanz wird in der Lehre der Thermodynamik als Zweiter Hauptsatz bezeichnet. Entropieproduktion Als Entropieproduktion bezeichnet man die Erzeugung von Entropie in einem System aufgrund von irreversiblen Prozessen. Entropiestrom Der Entropiestrom gibt an, wieviel Entropie innerhalb einer Zeitspanne über eine Systemgrenze fließt oder wieviel Entropie innerhalb einer Zeitspanne produziert wird. ERICSSON-Prozess Der ERICSSON-Prozess ist ein Vergleichsprozess für geschlossene Gasturbinen-Anlagen aus zwei isothermen und zwei isobaren Zustandsänderungen. Erstarren Erstarren, auch Gefrieren genannt, heißt der Phasenwechsel von der flüssigen in die feste Phase. Erstarrungslinie Die Erstarrungslinie trennt in Diagrammen Schmelzgebiet und Flüssigkeitsgebiet. Erster Hauptsatz ( Energiebilanz, Hauptsatz) Der Erste Hauptsatz ist der Erhaltungssatz der Energie. Seine Aussage wird in verschiedenen Fassungen für abgeschlossene Systeme, geschlossene Systeme, offene Systeme und Kreisprozesse formuliert. Erster Hauptsatz für abgeschlossene Systeme Die Zustandsgröße Innere Energie bleibt in einem abgeschlossenen System stets unverändert. Erster Hauptsatz für ruhende geschlossene Systeme Die Summe der in einem ruhenden geschlossenen System in Form von Wärme, Volumenänderungsarbeit und Dissipationsenergie zu- oder abgeführte Energie ist gleich der Zu- oder Abnahme der Inneren Energie des Systems. Erster Hauptsatz für geschlossene Systeme Die Summe der in einem geschlossenen System in Form von Wärme, Volumenänderungsarbeit, Dissipationsenergie, Beschleunigungsarbeit und Hubarbeit zu- oder abgeführte Energie ist gleich der Zuoder Abnahme der Summe von Innerer, kinetischer und potentieller Energie des Systems. Erster Hauptsatz für Kreisprozesse Durchläuft ein Fluidstrom einen Kreisprozess, so ist die Summe der dem Fluidstrom zugeführten Wärmen gleich der negativen Summe der vom Fluidstrom abgegebenen technischen Arbeiten. erzwungene Konvektion ( Konvektion) exergetischer Wirkungsgrad ( Exergie, Exergieverlust) Der exergetische Wirkungsgrad ist das Verhältnis von nutzbarem Exergiestrom zu aufgewendetem Exergiestrom. Der nutzbare Exergiestrom ist im allgemeinen gleich der Differenz von aufgewendetem Exergiestrom und Exergieverluststrom. Exergie Die Exergie ist der Teil einer Energie, der in einer bestimmten Umgebung in Arbeit umgewandelt werden kann, wenn das System durch reversible Zustandsänderungen mit dieser Umgebung ins Gleichgewicht gebracht wird. Die Exergie ist eine Zustandsgröße eines Systems in seiner Umgebung. Die Exergie wird auch als Technische Arbeitsfähigkeit bezeichnet. Exergieverlust Der Exergieverlust ist der bei irreversiblen Prozessen in Anergie umgewandelte Teil der Exergie. Expansion Als Expansion oder Entspannung wird die Volumenvergrößerung eines Gases bei Drucksenkung bezeichnet. Die Expansion eines strömenden Gases kann in einer Drosselstelle ohne Arbeitsabgabe oder in einer Maschine unter Arbeitsabgabe erfolgen. FG Technische Thermodynamik 6

7 F feste Phase ( Aggregatszustand, Phase) Festkörper ( Aggregatszustand) feuchte Luft Feuchte Luft ist ein Gas-Dampf-Gemisch aus trockener Luft und Wasserdampf. Feuchte Luft ist besonders im Bereich der Klimatechnik von großer Bedeutung. Wenn die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist, wird zusätzliches Wasser in fester oder flüssiger Form ausfallen ( Eisnebel, Nebel). Man spricht dann von übersättigter feuchter Luft. Bei allen bezogenen Größen für feuchte Luft ist die Bezugsgröße die Masse der trockenen Luft. Wichtige Größen in diesem Zusammenhang sind: Wassergehalt Der Wassergehalt ist das Verhältnis der Masse des Wassers zur Masse der trockenen Luft. relative Feuchte Die relative Feuchte ist das Verhältnis des Wasserdampfpartialdruckes zum Sättigungsdruck des Wasserdampfes bei der Temperatur der feuchten Luft. Sättigungsgrad Der Sättigungsgrad ist das Verhältnis des Wassergehaltes zum Wassergehalt gesättigter feuchter Luft gleicher Temperatur. Wichtigstes Diagramm zur Beschreibung von Prozessen mit feuchter Luft ist das Enthalpie-Wassergehalt-Diagramm Im Enthalpie -Wassergehalt-Diagramm ist die spezifische (auf die Masse trockener Luft bezogene) Enthalpie feuchter Luft über dem Wassergehalt in schiefwinkligen Koordinaten aufgetragen. In dem von MOLLIER eingeführten Diagramm steht die Isotherme für 0 C für ungesättigte feuchte Luft senkrecht auf der Ordinaten. Darin trennt die Sättigungs1inie das Gebiet ungesättigter feuchter Luft vom Nebelgebiet. Die Sättigungslinie ist die verbindende Kurve der Taupunkte. Die Lage der Sättigungslinie im Diagramm hängt vom Gesamtdruck der feuchten Luft ab. Im Nebelgebiet des Enthalpie-Wassergehalt-Diagramms liegen alle Zustände feuchter Luft, bei denen der Wassergehalt größer als der Sättigungswassergehalt ist. Das flüssige Wasser kann dabei in Tröpfchenform verteilt sein oder sich am Boden sammeln. Der Filmkondensation ( Kondensation) Filmkondensation ist eine besondere Form der Kondensation. Dabei bildet sich an der Oberfläche einer gut benetzbaren Wand, deren Temperatur unterhalb der Sättigungstemperatur liegt, ein geschlossener Flüssigkeitsfilm. Der Vorgang kann durch die NUSSELTsche Wasserhauttheorie beschrieben werden. Filmsieden Beim Filmsieden ( Behältersieden) bildet sich wegen der hohen Wärmestromdichte auf der wärmeabgebenden Oberfläche ein geschlossener Dampffilm. Der Dampffilm hat eine isolierende Wirkung, wodurch sich der Wärmeübergang wesentlich verschlechtert. flüssige Phase ( Aggregatszustand, Phase) Flüssigkeit ( Aggregatszustand) Fluid Fluid ist der Oberbegriff für Flüssigkeit und Gas. FOURIERsche Differentialgleichung ( Wärmeleitung) Die FOURIERsche Differentialgleichung beschreibt Vorgänge der Wärmeleitung in Form einer Differentialgleichung. Dabei werden die über die Systemgrenze eines Volumenelements übertragenen Wärmeströme und die im Volumenelement gespeicherte Wärme Bilanziert. Zur Lösung dieser Gleichung sind im allgemeinen eine Anfangsbedingung sowie Randbedingungen erforderlich. Bei den Randbedingungen unterscheidet man: Randbedingung 1. Art Dabei wird der Temperaturverlauf an einer Systemgrenze vorgegeben. oder die über die Systemgrenze tretenden Wärmestromdichten (2. Art) oder Temperatur und Wärmeübergangskoeffizient eines die Systemgrenze umströmenden Fluids (3. Art), jeweils in Abhängigkeit von der Zeit. Randbedingung 2. Art Dabei wird die über die Systemgrenze tretenden Wärmestromdichte vorgegeben. Randbedingung 3. Art Dabei werden die Temperatur und der Wärmeübergangskoeffizient eines die Systemgrenze umströmenden Fluids vorgegeben. FOURIER-Zahl ( Kennzahl) FG Technische Thermodynamik 7

8 freie Konvektion ( Konvektion) freie Strömung ( Konvektion) Frischdampf Als Frischdampf wird der Dampf bezeichnet, der in einer Wärmekraftmaschine vom Dampferzeuger zur Dampfturbine strömt. G Gas ( Aggregatszustand, Ideales Gas) Gasgemisch Ein Gasgemisch besteht aus mehreren chemisch unterschiedlichen Gasen, die miteinander chemisch nicht reagieren. Gasturbine ( JOULE-Prozess) Eine Gasturbine ist im engeren Sinne eine Turbine zur Umwandlung der Exergie heißer Gase in Arbeit, im weiteren Sinne eine Wärmekraftmaschine mit folgenden Prozessschritten: Kaltes Gas wird vom Turboverdichter angesaugt und mit oder ohne Zwischenkühlung verdichtet. Die Energiezufuhr geschieht durch Verbrennung eingespritzten Brennstoffs oder durch Wärmeübertragung aus einer Umgebung. Das heiße Hochdruckgas wird in der eigentlichen Gasturbine unter Arbeitsabgabe entspannt. Ein Teil der an der Turbinenwelle abgegebenen Arbeit wird zum Antrieb des Turboverdichters verbraucht. Gegenstromwärmeübertrager ( Wärmeübertrager) gesättigt ( Sättigungszustand) gesättigte feuchte Luft ( feuchte Luft) geschlossenes System ( System) Gleichgewicht ( mechanisches, thermisches und thermodynamisches Gleichgewicht) Gleichgewichtszustand Ein System befindet sich im Gleichgewichtszustand, wenn sich seine physikalischen Eigenschaften ohne äußere Einwirkung zeitlich nicht ändern. Der Zustand des Systems bleibt dann unverändert. GRASHOF-Zahl ( Kennzahl) grauer Strahler ( Wärmestrahler, Wärmestrahlung) Ein grauer Strahler emittiert bei allen Wellenlängen einen unveränderten Bruchteil der spektralen Strahlungsintensitäten des schwarzen Körpers gleicher Temperatur und gleicher Wellenlänge. Dieser Bruchteil entspricht dem gesamten Emissionsgrad. Grenzschicht ( Wärmeübergang) Als Grenzschicht wird der wandnahe Bereich einer Strömung bezeichnet, in dem durch den Einfluss der Wand starke Gradienten z.b. der Geschwindigkeit und der Temperatur auftreten. Größe ( Zustandsgröße, Prozessgröße) Gütegrad Ein Gütegrad gibt im allgemeinen an, in welchem Verhältnis der tatsächlich in einer realen thermischen Maschine erzielte Nutzen zum entsprechend dem Vergleichsprozesses theoretisch erzielbaren Nutzen steht. Er ist damit ein Beurteilungskriterium für die Qualität der Maschine aus thermodynamischer Sicht. H Hauptsatz Die Aussage eines Hauptsatzes entspricht der Erfahrung und kann nicht durch andere Sätze bewiesen werden, ist aber bisher auch durch keine Beobachtung widerlegt worden (Erfahrungssatz). In der Thermodynamik verwendet man die folgenden Hauptsätze: Nullter Hauptsatz Erster Hauptsatz Zweiter Hauptsatz Heißdampf ( Überhitzung) Heißdampf ist Dampf, der gegenüber der Sättigungstemperatur überhitzt ist. Heizleistung ( Leistung, Wärmestrom) Die Heizleistung gibt an, welche Wärme ein Heizapparat oder eine Heizungsanlage pro Zeiteinheit abgibt. Heizwert ( Oberer Heizwert, Unterer Heizwert) FG Technische Thermodynamik 8

9 heterogen Ein System ist heterogen, wenn spezifische und molare Zustandsgrößen an verschiedenen Stellen im System unterschiedliche Werte haben. Heterogene Systeme können aus mehreren homogenen Teilsystemen (z.b. Phasen) bestehen. Hochdruckturbine ( Dampfturbine) I Ideales Gas Ein Ideales Gas lässt sich mit der thermischen Zustandsgleichung Idealer Gase (p v = R T) und der kalorischen Zustandsgleichung Idealer Gase vollständig beschreiben und berechnen. Dieses ideale Verhalten ist eine dem wirklichen Verhalten nur näherungsweise entsprechende Modellvorstellung, da Kohäsionskräfte und das Eigenvolumen vernachlässigt wird. Dies kann nur bei unendlicher Verdünnung bzw. bei Drücken gegen Null erreicht werden. inkompressibel ( kompressibel) Innere Energie ( Energie) Die Innere Energie ist derjenige Teil des Energieinhaltes eines geschlossenen Systems, der als Arbeit oder Wärme über die Systemgrenze übertragen werden kann. Die Innere Energie ist an die Zustandsgröße Temperatur gekoppelt. instationärer Prozess ( Prozess) instationäre Wärmeleitung ( Wärmeleitung) intensive Zustandsgröße ( Zustandsgröße) Irreversibilität ( Prozess)) irreversibler Prozess ( Prozess) Isenthalpe, isenthalp Eine Isenthalpe ist eine Linie konstanter Enthalpie in einem Zustandsdiagramm. Sie beschreibt eine Zustandsänderung bei gleichbleibender Enthalpie. Man spricht von einer isenthalpen Zustandsänderung. Isentrope, isentrop Eine Isentrope is t eine Linie konstanter Entropie in einem Zustandsdiagramm. Sie beschreibt eine Zustandsänderung bei gleichbleibender Entropie. Man spricht von einer isentropen Zustandsänderung. Eine isentrope Zustandsänderung ergibt sich, wenn in einem adiabaten System ein reversibler Prozess abläuft. Isentropenexponent Der Isentropenexponent ist der Exponent des Volumens in der Isentropenbeziehung pv κ =const.. Er ist gleich dem Verhältnis der isobaren zur isochoren Wärmekapazität. isentroper Wirkungsgrad Der isentrope Wirkungsgrad beschreibt die Güte von Expansions- bzw. Kompressionsmaschinen. Der isentrope Wirkungsgrad einer Expansionsmaschine ist das Verhältnis der vom Arbeitsmittel insgesamt in Arbeitsleistung umgesetzten Enthalpiedifferenz zu der bei einer reversibel adiabaten (isentropen) Zustandsänderung erreichbaren Enthalpiedifferenz. Der isentrope Wirkungsgrad einer Kompressionsmaschine ist das Verhältnis der bei einer reversibel adiabaten (isentropen) Zustandsänderung erforderlichen Enthalpiedifferenz zu der vom Arbeitsmittel insgesamt aufgenommenen Enthalpiedifferenz. Isobare, isobar Eine Isobare ist eine Linie konstanten Druckes in einem Zustandsdiagramm. Sie beschreibt eine Zustandsänderung bei gleichbleibendem Druck. Man spricht von einer isobaren Zustandsänderung. Isochore, isochor Eine Isochore ist eine Linie konstanten Volumens in einem Zustandsdiagramm. Sie beschreibt eine Zustandsänderung bei gleichbleibendem Volumen. Man spricht von einer isochoren Zustandsänderung. Isotherme, isotherm Eine Isotherme ist eine Linie konstanter Temperatur in einem Zustandsdiagramm. Sie beschreibt eine Zustandsänderung bei gleichbleibender Temperatur. Man spricht von einer isothermen Zustandsänderung. isotrop Die physikalischen Eigenschaften isotroper Körper sind unabhängig von der Richtung, in der sie gemessen werden. Beispiel eines anisotropen Körpers ist faserverstärkter Kunststoff, dessen Eigenschaften längs und quer zur Faser verschieden sind. FG Technische Thermodynamik 9

10 J JOULE-Prozess ( Gasturbine) Der JOULE-Prozess ist ein Vergleichsprozess für offene (und auch für geschlossene) Gasturbinen sowie für Gaskältemaschinen. Er setzt sich zusammen aus zwei isentropen und zwei isobaren Zustandsänderungen. JOULE-THOMSON-Effekt Als JOULE-THOMSON-Effekt wird die Erscheinung bezeichnet, dass sich bei einem Drosselvorgang die Temperatur realer Gase ändert. Je nach Zustandsbereich ist damit eine Senkung oder Steigerung der Temperatur verbunden. Dieser Effekt wird zur Verflüssigung von Gasen ausgenutzt (Linde-Verfahren). K Kälteleistung ( Leistung, Wärmestrom) Die Kälteleistung gibt an, welche Wärme eine Kältemaschine pro Zeiteinheit aufnimmt. Kältemaschine Eine Kältemaschine ist eine Maschine, die dazu dient, einem System (z.b. einem Kühlraum) auf einem niedrigen Temperaturniveau Wärme zu entziehen. Hierzu wird der Maschine Arbeit zugeführt und Wärme auf einem höheren Temperaturniveau an die Umgebung abgeführt. Der in einer Kältemaschine ablaufende Prozess ist ein linksläufiger Kreisprozess. Kältemittel Kältemittel sind die fluiden Arbeitsmittel, die in einer Kältemaschine umlaufen, um einen Wärmestrom bei niederer Temperatur aufzunehmen und bei höherer Temperatur wieder abzugeben. kalorisch ( kalorische Zustandsgleichung, kalorische Zustandsgröße) Kalorisch bedeutet ursprünglich mit Wärme zusammenhängend, wird aber heute als mit Energie zusammenhängend oder kurz als energetisch verstanden. kalorische Zustandsgleichung ( Zustandsgleichung) kalorische Zustandsgröße ( Zustandsgröße) Kaltluftmaschine Die Kaltluftmaschine ist eine Kältemaschine, die nach dem linksläufigen JOULE-Prozess arbeitet. Sie wird auch Gaskältemaschine genannt. Kelvin ( Temperatur) Kelvin ist die nach LORD KELVIN ( ) benannte Einheit der thermodynamischen Temperatur. Kennzahl ( Ähnlichkeitstheorie) Eine Kennzahl is t eine dimensionslose Verhältnisgröße, gebildet aus physikalischer Größen. Bei ähnlich verlaufenden Vorgängen sind alle Kennzahlen, die diese Vorgänge beschreiben, gleich groß. In der Wärmeübertragung werden die folgenden Kennzahlen häufig benutzt: BIOT-Zahl Die BIOT-Zahl beschreibt die Ähnlichkeit von instationären Wärmetransportvorgängen. Sie stellt das Verhältnis des Wärmeleitwiderstandes in einem Körper zu den Wärmeübergangswiderstand an diesem Körper dar. FOURIER-Zahl Die FOURIER-Zahl stellt die dimensionslose Zeit während eines instationären Wärmetransportvorganges dar. GRASHOF-Zahl Die GRASHOF-Zahl beschreibt den Einfluss der Massenkräfte durch Schwerkraft (Auftriebskräfte) in einem Wärmetransportvorgang. Hierzu setzt sie die Auftriebskräfte multipliziert mit den Trägheitskräften ins Verhältnis zum Quadrat der Reibungskräfte. NUSSELT-Zahl Die NUSSELT -Zahl stellt einen dimensionslosen Wärmeübergangskoeffizienten dar. PRANDTL-Zahl Die PRANDTL-Zahl ist eine Stoffgröße, die bei einem Wärme- und Stofftransport den Impulstransport durch Reibung mit dem Wärmetransport durch Wärmeleitung ins Verhältnis setzt. RAYLEIGH-Zahl Die RAYLEIGH-Zahl beschreibt die Ähnlichkeit von konvektiven Wärmeübertragungsvorgängen in freier Strömung. Sie ist das Produkt aus GRASHOF- und PRANDTL-Zahl. FG Technische Thermodynamik 10

11 REYNOLDS-Zahl Die REYNOLDS-Zahl beschreibt die Ähnlichkeit von konvektiven Wärmeübertragungsvorgängen in erzwungener, reibungsbehafteter Strömung. Sie stellt das Verhältnis von Trägheitskräften zu Reibungskräften dar. kinematische Viskosität ( Viskosität) kinetische Energie ( Energie) Die kinetische Energie ist diejenige Energie, die einem beweglichen geschlossenen System durch Änderung seiner Geschwindigkeit gegenüber einem Bezugssystem entnommen oder zugeführt werden kann. Kolbenmaschine Bei Kolbenmaschinen erfolgt die Energieübertragung an oder vom Stoffstrom, während das Arbeitsmittel in einem Raum eingeschlossen ist, der von einem Zylinder und einem Kolben gebildet wird. Kolbenverdichter Ein Kolbenverdichter ist eine Kolbenmaschine, die das Arbeitsmittel durch Vergrößerung des Kompressionsraumes ansaugt, durch Verkleinerung dieses Raumes verdichtet und in die Druckleitung fördert. Kompression Kompression ist die Volumenverringerung eines Gases durch Zufuhr mechanischer Energie. kompressibel Ein Stoff in einer bestimmten Phase heißt kompressibel, wenn er merklich zusammendrückbar ist. D.h. er reagiert auf eine Druckerhöhung bei gleichbleibender Temperatur durch Volumenverringerung. Ein Stoff heißt inkompressibel, wenn sein Volumen durch Druck nicht geändert werden kann. Ein Stoff kann auch als inkompressibel behandelt werden, wenn bei einem Prozess keine merklichen Volumenänderungen als Folge von Druckänderungen auftreten. Gase sind i.a. kompressibel, Flüssigkeiten und Feststoffe näherungsweise inkompressibel. Kompressibilität Die Kompressibilität gibt die Volumenänderung aufgrund isothermer oder isentroper Druckänderung an. Kompressor ( Verdichter) Kondensat Flüssigkeit, die durch Abkühlen und Verflüssigen von Dampf gewonnen wurde, wird als Kondensat bezeichnet. Kondensation ( kondensatieren) Als Kondensation wird der Vorgang der Bildung von Kondensat bezeichnet. Man spricht auch von Verflüssigen. Man unterscheidet: Filmkondensation Tropfenkondensation Kondensator Der Kondensator ist ein Wärmeübertrager, in dem durch Wärmeabfuhr an ein kälteres Medium Dampf verflüssigt wird. Kondensieren ( Kondensation) Kondensieren nennt man den Vorgang des Phasenwechsels von dampfförmiger zu flüssiger Phase. Kontinuitätsgleichung Die Kontinuitätsgleichung ist eine Massenbilanz. Sie sagt aus, dass bei Prozess in einem offenen System die Summe der eintretenden Stoffströme minus der Summe der austretenden Stoffströme die im System je Zeiteinheit gespeicherte Masse ist. In einem geschlossenen System bleibt die Masse stets konstant. Konvektion ( Wärmeübertragung, Wärmeübergang) Als Konvektion wird der stoffstrombedingte Wärmetransport in Fluiden bezeichnet. Als (konvektiver) Wärmeübergang wird der konvektive Wärmetransport in der Grenzschicht eines strömenden Fluids an einer festen Wand bezeichnet. Hinsichtlich der Strömungsursache im Fluid wird unterschieden zwischen: erzwungene Konvektion Bei der erzwungenen Konvektion erzeugen äußere Kräfte (z. B. Pumpen) die Strömung im Fluid. freie Konve ktion Bei freier Konvektion wird die Strömung im Fluid durch den Wärmeübergang selbst verursacht, wenn aus den Temperaturunterschieden Dichteunterschiede und damit hinreichende Auftriebskräfte resultieren. Konvektionssieden ( Behältersieden) Beim Konvektionssieden (auch Stilles Sieden genannt) verdampft die Flüssigkeit aufgrund moderater Wandüberhitzung gegenüber der Sättigungstemperatur nur an ihrer freien Oberfläche ohne Blasenbildung. Kreisprozess ( Prozess, Vergleichsprozess) Ein Kreisprozess ist eine Folge von Zustandsänderungen, die ein Fluid erfährt und nach deren Ablauf wieder der Ausgangszustand erreicht wird. Bei einem Kreisprozess ist die Summe aller Energien, die dem Fluid zugeführt und entzogen werden gleich Null. Man unterscheidet: FG Technische Thermodynamik 11

12 rechtsläufige Kreisprozesse Ein rechtsläufiger Kreisprozess dient der Erzeugung von technischer Arbeit ( Wärmekraftmaschine). Hierzu wird einem Fluid auf einem hohen Temperaturniveau Wärme zugeführt, diese zum Teil in technische Arbeit umgewandelt und der Rest als Wärme bei niedrigerem Temperaturniveau abgeführt. In den üblichen Zustandsdiagrammen verlaufen die Zustandsänderungen im Uhrzeigersinn. linksläufige Kreisprozesse Ein linksläufiger Kreisprozess dient entweder der Erzeugung von Wärme auf hohem Temperaturniveau ( Wärmepumpe) oder dem Entzug von Wärme auf niedrigem Temperaturniveau ( Kältemaschine). Hierzu wird einem Fluid auf niedrigem Temperaturniveau Wärme zugeführt, die bei der Kältemaschine dem Kühlraum oder bei der Wärmepumpe der Umgebung entzogen wird. Durch Umwandlung technischer Arbeit (z.b. in einem Verdichter) wird dem Fluid weitere Energie zugeführt. Die insgesamt aufgenommene Energie wird dann auf einem hohen Temperaturniveau wieder abgegeben zum Zwecke Heizung bei der Wärmepumpe bzw. ohne weitere gezielte Nutzung an die Umgebung bei der Kältemaschine. In den üblichen Zustandsdiagrammen verlaufen die Zustandsänderungen gegen den Uhrzeigersinn. Kreisprozessarbeit Die Kreisprozessarbeit ist die Summe der Technischen Arbeiten, die beim Ausführen des Kreisprozesses insgesamt von oder nach außen übertragen werden. kritischer Druck ( kritischer Zustand) kritischer Punkt ( kritischer Zustand) kritische Temperatur ( kritischer Zustand) kritischer Zustand Der kritische Zustand eines Stoffes ist dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der kritischen Werte von Druck (kritischer Druck) und Temperatur (kritische Temperatur) der Phasenwechsel von der flüssigen in die dampfförmige Phase durch stetige Verdünnung ohne Bildung einer Phasengrenze stattfindet. Bei überkritischen Bedingungen sind Flüssigkeit und Dampf nicht mehr eindeutig voneinander zu unterscheiden. Man spricht von einem überkritischen Fluid. Unterhalb der kritischen Werte geht die flüssige Phase unstetig unter Bildung einer Phasengrenze die dampfförmige über. Flüssigkeit und Dampf können eindeutig voneinander unterschieden werden. Als kritischen Punkt bezeichnet man der Zustand, der durch die kritische Temperatur und den kritischen Druck eines Fluids festgelegt ist. Im kritischen Punkt treffen Siedelinie und Taulinie zusammen, dort endet die Dampfdruckkurve. Kühlgrenztemperatur ( feuchte Luft) Die Kühlgrenztemperatur ist die Temperatur, die sich an der Oberfläche flüssigen Wassers einstellt, das von feuchter, untersättigter Luft überströmt wird. Dabei verdunstet ein Teil des Wassers, und der Dampf wird von der feuchten Luft aufgenommen. Die Grenzschicht zwischen Wasser und Luft ist gesättigt. Die Kühlgrenztemperatur hängt nur vom Zustand der feuchten Luft ab, nicht von der Wassertemperatur. Kühlturm In einem Kühlturm wird ein Stoffstrom durch Wärmeabgabe an durchströmende Luft abgekühlt. Kühlwasser Als Kühlwasser bezeichnet man Wasser, das zur Abfuhr von Wärme aus einem Prozess dient. L LAMBERTsches Kosinusgesetz ( Wärmestrahlung) Das LAMBERTsche Kosinusgesetz beschreibt die Richtungsabhängigkeit der Intensität einer emittierten Wärmestrahlung. Danach emittieren die Oberflächenelemente des schwarzen Körpers ihre Wärmestrahlung so in den umgebenden Halbraum, dass die Intensität in Richtung der Oberflächennormalen den größten Betrag aufweist und sich in anderen Richtungen um den Kosinus des Winkels zur Normalen reduziert. LEIDENFROST-Phänomen Als LEIDENFROST-Phänomen wird die Erscheinung bezeichnet, dass Flüssigkeitstropfen auf einer heißen Fläche tanzen, weil sich unter ihnen eine dünne Dampfschicht bildet. Leistung ( Energiestrom) Eine Leistung ist eine über eine Systemgrenze übertragene Energie, bezogen auf die Zeitspanne der Übertragung. Unter Leistung wird in erster Linie Arbeitsleistung verstanden. Statt von Wärmeleistung spricht man von Wärmestrom oder genauer von Heiz- oder Kälteleistung. Bei stoffstromgebundener Energieübertragung wird eher von Energiestrom oder Enthalpiestrom gesprochen. Leistungszahl Als Leistungszahl wird das Verhältnis von Nutzen zu Aufwand eines linksläufigen Kreisprozesses bezeichnet. Das Äquivalent bei einem rechtsläufigen Kreisprozess nennt man thermischen Wirkungsgrad. FG Technische Thermodynamik 12

13 Luftbedarf ( Verbrennung) Der Luftbedarf ist die Luftmenge, die dem Verbrennungsprozess je Brennstoffmasse oder menge zugeführt wird. Er gibt ergibt sich aus dem Luftüberschuss und dem Mindestluftbedarf. Luftüberschuss ( Verbrennung) Der Luftüberschuss gibt das Verhältnis vom Luftbedarf einer realen Verbrennung zum Mindestluftbedarf an, der theoretisch zur vollständigen Oxidation des Brennstoffes notwendig wäre. Luftverhältnis ( Luftüberschuss) M Maschine ( thermische Maschine) Maschinen sind in der Thermodynamik Einrichtungen zum Übertragen von Arbeitsleistung an stoffgebundene Energieströme (z.b. Enthalpieströme) oder umgekehrt. Die Umwandlung der Energie erfolgt im allgemeinen mit Hilfe mechanischer Systeme (drehende Wellen oder hin- und hergehende Kolben). Massenbilanz ( Kontinuitätsgleichung) Massenstrom Der Massenstrom gibt an, wieviel Masse innerhalb einer Zeitspanne über eine Systemgrenze fließt. Massenstromdichte Die Massenstromdichte ist der auf den Strömungsquerschnitt bezogene Massenstrom. mechanisches Gleichgewicht Zwei Systeme befinden sich im mechanischen Gleichgewicht miteinander, wenn in ihnen der gleiche Druck herrscht.. Mehrphasensystem ( Phase) Ein Mehrphasensystem ist ein System, das aus zwei oder mehr verschiedenen Phasen besteht, die miteinander im Gleichgewicht stehen. Mehrstoffsystem ( Reinstoffsystem) Ein Mehrstoffsystem ist ein System, das aus zwei oder mehr verschiedenen Reinstoffen besteht, die miteinander im Gleichgewicht stehen. Menge Menge ist in der Thermodynamik ein häufig verwendeter, allgemeiner Ausdruck für den Inhalt eines Systems, an Stoff, Energie oder Entropie. Streng genommen ist Menge jedoch nur eine Angabe für die Stoffmenge, gemessen in kmol. Mengenstrom Der Mengenstrom gibt an, welche Menge eines Stoffes, gemessen in kmol, innerhalb einer Zeitspanne über eine Systemgrenze fließt. Mindestluftbedarf ( Verbrennung) Der Mindestluftbedarf ist die Luftmenge, die je Masse oder Menge eines Brennstoffes für dessen Oxidation mindestens notwendig ist. Er ergibt sich aus dem Mindestsauerstoffbedarf und der Zusammensetzung der Luft. Mindestsauerstoffbedarf ( Verbrennung) Der Mindestsauerstoffbedarf ist Sauerstoffmenge, die je Masse oder Menge eines Brennstoffes für dessen Oxidation mindestens notwendig ist. Sie ergibt sich aus den Verbrennungsgleichungen. Mischungsgerade ( feuchte Luft) Mischt man zwei feuchte Luftmassen miteinander, so befindet sich im Enthalpie -Wassergehalt- Diagramm nach MOLLIER der Zustand der Mischung auf einer Geraden zwischen den beiden Ausgangszuständen. Diese Gerade nennt man Mischungsgerade. Bei der Mischung eine feuchte Luftmasse mit einer Wasser- oder Dampfmasse wird die Mischungsgerade anhand des Randmaßstabes des Diagramms ermittelt. mittlere logarithmische Temperaturdifferenz ( Wärmeübertrager) Aus mittlerer logarithmischer Temperaturdifferenz multipliziert mit der Wärmeübertragungsfläche und dem Wärmedurchgangskoeffizient eines rekuperativen Wärmeübertragers ergibt sich der darin übertragene Wärmestrom. Die mittlere logarithmische Temperaturdifferenz ist eine für den gesamten Wärmeübertrager repräsentative Größe, da die Temperaturdifferenz zwischen beiden Fluiden örtlich variiert. Die mittlere logarithmische Temperaturdifferenz kann für Wärmeübertrager im Gleich- und Gegenstrombetrieb aus den Eintritts- und Austrittstemperaturen beider Fluide einfach berechnet werden. Molmasse, molare Masse Die Molmasse ist die übliche Kurzbezeichnung für molare Masse. Die Molmasse eines Stoffes oder eines Stoffgemisches, gemessen in kg/kmol, gibt die auf die Stoffmenge bezogene Masse an und ist nur von der Art und den Anteilen der darin enthaltenen Stoffe abhängig. FG Technische Thermodynamik 13

14 Molvolumen, molares Volumen Das Molvolumen ist eine übliche Kurzbezeichnung für molares Volumen. Das Molvolumen eines Stoffes oder eines Stoffgemisches, gemessen in m 3 /kmol, gibt das auf die Stoffmenge bezogene Volumen an. Als Normmolvolumen bezeichnet man das Molvolumen eines Gases im Normzustand. Das Normmolvolumen aller Idealen Gase hat den Wert 22,414 m 3 /kmol. N Nassdampf ( Nassdampfgebiet) Als Nassdampf bezeichnet man ein Gemisch, das aus der flüssigen und dampfförmigen Phase eines Fluids besteht. Nassdampfgebiet ( Zustandsgebiet, Zweiphasengebiet) Als Nassdampfgebiet wird diejenige Teilfläche eines Zustandsdiagramms bezeichnet, die alle Zustände beinhaltet, bei denen ein Fluid sowohl in der flüssigen als auch in der dampfförmigen Phase vorliegt. Das Nassdampfgebiet ist ein Zweiphasengebiet. NAVIER-STOKESsche Bewegungsgleichungen Die NAVIER-STOKESschen Bewegungsgleichungen sind Erhaltungssätze für den Impuls strömender Fluide und stellen somit die Basis zur Berechnung von Geschwindigkeitsfeldern in Strömungen dar. Zusammen mit den Erhaltungssätzen für Masse und Energie können aus diesen Gleichungen grundsätzlich Vorgänge des Wärmeübergangs berechnet werden. Nebel ( feuchte Luft) Nebel ist feuchte Luft mit einem Wassergehalt oberhalb des Sättigungswassergehaltes. Von Nebel wird besonders dann gesprochen, wenn sich das flüssige Wasser in feinsten Tröpfchen in der gesättigten feuchten Luft befindet. Nebelgebiet ( feuchte Luft) Als Nebelgebiet bezeichnet man im Enthalpie-Wassergehalt-Diagramm nach MOLLIER das Zustandsgebiet, in dem alle Zustände von Nebel liegen. Nebelisotherme ( feuchte Luft) Als Nebelisotherme bezeichnet man eine Isotherme im Nebelgebiet des Enthalpie -Wassergehalt- Diagramms nach MOLLIER. Niederdruckturbine ( Dampfturbine) Normdruck ( Normzustand) Normtemperatur ( Normzustand) Normvolumen Das Normvolumen ist das Volumen einer Gasmenge im Normzustand. Normzustand Für die Technische Thermodynamik ist ein Normzustand mit einem Druck von 1,01325 bar und einer Temperatur von 273,15 K (oder 0 C) festgelegt. Der Normzustand dient zur einheitlichen Angaben von Stoffgrößen wie z.b. einem Gasvolumen. nukleare Energie ( Energie) Die nukleare Energie ist diejenige Energie, die einem geschlossenen System infolge darin ablaufender nuklearer Prozesse entnommen oder zugeführt werden kann. Nullpunkt Als Nullpunkt wird der Wert Null einer Skala bezeichnet, auf der die Temperatur, der Druck, die Enthalpie, die Entropie oder eine andere Zustandsgröße aufgetragen ist. NUSSELT-Zahl ( Kennzahl) Nullter Hauptsatz ( thermisches Gleichgewicht, Hauptsatz) Der Nullte Hauptsatz führt die Temperatur als kennzeichnende Größe für das thermische Gleichgewicht ein. Er lautet: Zwei geschlossene Systeme, die jedes für sich mit einem dritten im thermischen Gleichgewicht sind, stehen auch untereinander im thermischen Gleichgewicht. Oder: Zwei geschlossene Systeme sind im thermischen Gleichgewicht miteinander, wenn sie beide die gleiche Temperatur haben. Nutzarbeit Nutzarbeit ist die von einem System nach außen zur Nutzung abgegebene Arbeit. Nutzen Der Nutzen einer thermischen Maschine ist die Energie oder der Energiestrom, der zur weiteren Nutzung nach außen abgegeben wird. Nutzen-Aufwand-Verhältnis Das Verhältnis von Nutzen zu Aufwand ist ein Maß für die Energieumwandlung in thermischen Maschinen. Bei Kältemaschinen und Wärmepumpen nennt man dieses Verhältnis Leistungszahl, bei Wärmekraftmaschinen thermischen Wirkungsgrad. FG Technische Thermodynamik 14

15 O oberer Heizwert Der obere Heizwert, auch Brennwert genannt, ist die bei gleicher Temperatur von Brennstoff, Brennluft und Verbrennungsgas sowie vollständiger Verbrennung freiwerdende Wärme, wenn das Wasser im Abgas kondensiert ist. Die Bezugstemperatur ist bei einer Heizwertangabe mit anzugeben. offenes System ( System) OTTO-Motor ( OTTO-Prozess) In einem OTTO-Motor ist der OTTO-Prozess für Wärmekraftmaschinen näherungsweise verwirklicht. OTTO-Prozess Der OTTO-Prozess ist ein Vergleichsprozess für Verbrennungsmotoren aus zwei isentropen (reversiblen adiabaten) und zwei isochoren Zustandsänderungen. P Partialdruck Der Partialdruck ist derjenige Druck, den die Komponente eines Gasgemisches hätte, wenn sich die Komponente bei der Temperatur des Gasgemisches allein im Behälter befände und sich ideal verhielte. Partialvolumen Das Partialvolumen ist dasjenige Volumen, das die Komponente eines Gasgemisches einnehmen würde, wenn sie sich bei dem Gesamtdruck des Gasgemisches allein im Behälter befände und sich ideal verhielte. partieller Differentialquotient ( Differential) partielles Differential ( Differential) Phase Eine Phase ist ein in sich homogenes Teilsystem eines heterogenen Gesamtsystems. In einer Phase haben im Gleichgewicht alle intensiven Zustandsgrößen überall den gleichen Wert. In einem Reinstoffsystem entspricht eine Phase i.a. einem Aggregatszustand (feste, flüssige oder gasförmige Phase). In meinem Mehrstoffsystem können verschiedene Phasen den gleichen Aggregatszustand haben, z.b. zwei nicht mischbare, flüssige Phasen. Phasengrenze Phasengrenzen kennzeichnen den örtlichen Übergang von einer Phase in eine andere Phase. Dabei ändern sich die Werte der Zustandsgrößen zum Teil sprunghaft. Phasengleichgewicht Zwei oder mehrere Phasen sind in einem geschlossenen System miteinander im Phasengleichgewicht, wenn sich die Massen- oder Molanteile der einzelnen Phasen zeitlich nicht ändern. Phasenübergang ( Phasenwechsel) Phasenumwandlung ( Phasenwechsel) Phasenwechsel Als Phasenwechsel oder Phasenumwandlung oder Phasenübergang wird ein Vorgang bezeichnet, bei dem ein Stoff durch Zu- oder Abfuhr von Energie von einer Phase in eine andere übergeht. Folgende Vorgänge sind Phasenwechsel: Verdampfen oder Verdunsten, Verflüssigen oder Kondensieren oder Tauen, Erstarren, Schmelzen, Sublimieren, Desublimieren polytrop, Polytrope Eine polytrope Zustandsänderung lässt sich mit der Polytropengleichung pv n =const. beschreiben (n: Polytropenexponent). Eine Polytrope ist eine Linie in einem Zustandsdiagramm, die eine polytrope Zustandsänderung darstellt. Isotherme, isentrope, isobare und isochore Zustandsänderungen sind Sonderfälle der polytropen Zustandsänderung. In der Praxis sind viele Zustandsänderungen polytrop und verlaufen in einem Zustandsdiagramm zwischen der isothermen und der isentropen Zustandsänderung. Polytropenexponent Der Polytropenexponent ist der Exponent n des (extensiven oder spezifischen oder molaren) Volumens in der Polytropengleichung pv n =const.. Polytropengleichung Die Polytropengleichung pv n =const. beschreibt den Zusammenhang zwischen Druck und Volumen bei polytropen Zustandsänderungen. potentielle Energie ( Energie) Die potentielle Energie ist diejenige Energie, die einem beweglichen geschlossenen System durch Änderung seiner Höhe im Schwerefeld gegenüber einem Bezugsniveau entnommen oder zugeführt werden kann. FG Technische Thermodynamik 15

16 PRANDTL-Zahl ( Kennzahl) Prozess In der Thermodynamik nennt man Vorgänge der Energieumwandlung und Energieübertragung und die damit zusammenhängenden Zustandsänderungen der beteiligten Systeme Prozesse oder thermodynamische Prozesse. Man unterscheidet: irreversible Prozesse Nach einem irreversiblen Prozess kann der Anfangszustand des Systems ohne bleibende Änderungen in der Umgebung (z.b. Zufuhr von Energie aus der Umgebung) nicht wieder hergestellt werden. reversible Prozesse Nach einem reversiblen Prozess wäre der Anfangszustand des geschlossenen Systems ohne bleibende Änderungen in der Umgebung wieder herstellbar. Reversible Prozesse lassen sich in der Praxis nur näherungsweise verwirklichen. stationäre Prozesse In Prozess ist stationär, wenn die sich über die Systemgrenze fließenden Stoffströme und Energieströme in Betrag und Zustand zeitlich nicht verändern und die Summe der Stoffströme sowie die Summe der Energieströme jeweils Null sind. Daraus ergibt sich, dass sich die Zustandsgrößen in dem System, das den stationären Prozess durchläuft, zeitlich nicht ändern. instationäre Prozesse In einem System findet ein instationärer Prozess statt, wenn sich die über die Systemgrenze fließenden Stoffströme und Energieströme in Betrag und Zustand zeitlich verändern. Prozessgröße Prozessgrößen beschreiben einen thermodynamischen Prozess, also den Vorgang, der zu einer Zustandsänderung führt. Sie hängen vom Anfang, vom Verlauf und vom Ende des Prozesses ab. Prozessgrößen sind Arbeit und Wärme sowie die zusammen mit der Wärme übertragene Entropie und die durch Irreversibilitäten erzeugte Entropie. Psychrometer Ein Psychrometer ist ein Messgerät zur Zustandsbestimmung von ungesättigter feuchter Luft mit zwei Thermometern. Das eine Thermometer gibt die Temperatur der Luft in üblicher Weise an. Das andere Thermometer misst die Temperatur, die sich einstellt, wenn die Luft bis zur Sättigung befeuchtet wird; hierzu wird der Fühler des Thermometers befeuchtet. Pumpe Eine Pumpe ist eine Maschine, die einen Flüssigkeitsstrom fördert und dessen Druck erhöht. Pumpen können als Strömungsmaschine (Kreiselpumpe, Axialpumpe) oder als Kolbenmaschine (Kolbenpumpe) ausgeführt werden. Q quasistatische Zustandsänderung ( Zustandsänderung) Eine quasistatische Zustandsänderung ist eine Zustandsänderung, bei der alle durchlaufenden Zwischenzustände näherungsweise thermodynamische Gleichgewichtszustände sind. R Raumanteil Der Raumanteil einer Komponente in einem Gasgemisch ist das Verhältnis von Partialvolumen zu Gesamtvolumen. Er ist identisch mit dem Molanteil oder dem Verhältnis vom Partialdruck zum Gesamtdruck bei idealen Gasen. RAYLEIGH-Zahl ( Kennzahl) reales Gas Als reales Gas bezeichnet man ein Gas mit seinem wirklichen Verhalten zur Unterscheidung vom idealen Verhalten. Im allgemeinen nähert sich das Verhalten realer Gase dem Idealer Gase um so mehr, je niedriger der Druck und je höher die Temperatur sind. realer Strahler ( selektiver Strahler) rechtsläufiger Kreisprozess ( Kreisprozess) Reflexionsgrad ( Wärmestrahlung) Regenerator ( Wärmeübertrager) FG Technische Thermodynamik 16