Übungsaufgaben Technische Thermodynamik

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1 Gernot Wilhelms Übungsaufgaben Technische Thermodynamik 2., aktualisierte Auflage Mit 36 Beispielen und 154 Aufgaben HANSER

2 Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen der Thermodynamik Aufgabe der Thermodynamik Größen und Einheitensysteme Thermische Zustandsgrößen Volumen Druck Temperatur Thermische Zustandsgieichung Thermische Zustandsgieichung eines homogenen Systems Thermische Zustandsgieichung des idealen Gases Mengenmaße Kilomol und Normvolumen; molare Gaskonstante Thermische Ausdehnung 18 2 Erster Hauptsatz der Thermodynamik Energieerhaltung, Energiebilanz Arbeit am geschlossenen System Innere Energie Wärme Arbeit am offenen System und Enthalpie Formulierungen des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik Kalorische Zustandsgieichungen Kalorische Zustandsgieichungen eines homogenen Systems Spezifische Wärmekapazitäten eines homogenen Systems Kalorische Zustandsgieichungen des idealen Gases Spezifische Wärmekapazitäten des idealen Gases Molare Wärmekapazitäten des idealen Gases 34 3 Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik Definition der Entropie Entropie und zweiter Hauptsatz der Thermodynamik ^S-Diagramm Einfache Zustandsänderungen des idealen Gases 36

3 8 Inhaltsverzeichnis Isochore Zustandsänderung Isobare Zustandsänderung Isotherme Zustandsänderung Isentrope Zustandsänderung Polytrope Zustandsänderung Zustandsänderungen in adiabaten Systemen Kreisprozesse Adiabate Drosselung Füllen eines Behälters Temperaturausgleich Exergie und Anergie Begrenzte Umwandelbarkeit der inneren Energie und der Wärme Exergie und Anergie eines strömenden Fluids Exergie und Anergie eines geschlossenen Systems Exergie und Anergie der Wärme Exergieverlust Exergetischer Wirkungsgrad Energiequalitätsgrad Energie- und Exergieflussbild 70 4 Das ideale Gas in Maschinen und Anlagen Kreisprozesse für Wärme- und Verbrennungskraftanlagen Kreisprozesse der Gasturbinenanlagen Arbeitsprinzip der Gasturbinenanlagen Joule-Prozess als Vergleichsprozess der Gasturbinenanlage Ericsson-Prozess als Vergleichsprozess der Gasturbinenanlage Der wirkliche Prozess in der Gasturbinenanlage Kreisprozess des Heißgasmotors Kreisprozesse der Verbrennungsmotoren Übertragung des Arbeitsprinzips der Motoren in einen Kreisprozess Otto-Prozess als Vergleichsprozess des Verbrennungsmotors Diesel-Prozess als Vergleichsprozess des Verbrennungsmotors 94

4 Inhaltsverzeichnis Seiliger-Prozess als Vergleichsprozess des Verbrennungsmotors Der wirkliche Prozess in den Verbrennungsmotoren Kolbenverdichter Der Dampfund seine Anwendung in Maschinen und Anlagen Das reale Verhalten der Stoffe Wasserdampf Dampfkraftanlagen Kombiniertes Gas-Dampf-Kraftwerk (GUD-Prozess) Organische Rankine-Prozesse (ORC) Linkslaufende Kreisprozesse mit Dämpfen Gemische Die Zusammensetzungen von Gemischen Ideale Gemische Gemisch idealer Gase Gas-Dampf-Gemisch Strömungsvorgänge Kontinuitätsgleichung Der erste Hauptsatz der Thermodynamik für Strömungsvorgänge Kraftwirkung bei Strömungsvorgängen Düsen- und Diffusorströmung Wärmeübertragung Arten der Wärmeübertragung Wärmeleitung Ebene Wand Zylindrische Wand Hohlkugelwand Konvektiver Wärmeübergang Temperaturstrahlung Wärmedurchgang Wärmeübertrager 156

5 10 Inhaltsverzeichnis 9 Energieumwandlung durch Verbrennung und in Brennstoffzellen Umwandlung der Brennstoffenergie durch Verbrennung Verbrennungsrechnung Feste und flüssige Brennstoffe Gasförmige Brennstoffe Näherungslösungen Verbrennungskontrolle Theoretische Verbrennungstemperatur Abgasverlust und feuerungstechnischer Wirkungsgrad Abgastaupunkt Emissionen aus Verbrennungsanlagen Chemische Reaktionen und Irreversibilität der Verbrennung Brennstoffzellen 176 L Lösungsergebnisse der Aufgaben 177