Kleine Formelsammlung Technische Thermodynamik

Transkript

1 Hans-Joachim Kretzschmar Ingo Kraft Kleine Formelsammlung Technische Thermodynamik 5., aktualisierte Auflage

2 Ergänzung imweb Kapitel 13 Ideale Gasgemische Anhang B Zustandsdiagramme B5 B6 B7 lg p,h-diagramm für Propan h 1+x,x w -Diagrammfür feuchte Luft mit Millimeterraster Periodensystem der Elemente AnhangC Stoffwert-Bibliotheken undsoftware C1 FluidEXL für Excel C2 FluidMAT für Mathcad C3 FluidLAB für MATLAB C4 FluidCASIO für Taschenrechner CasioCFX-9750, -9850, CFX-9860, FX1.0, Algebra FX 2.0 C5 FluidHP für Taschenrechner HP 48 und 49 C6 FluidTI für Taschenrechner TI 83, 84, 89, 92, voyage 200 mit den Stoffwert-Bibliotheken LibIF97 für Wasser und Wasserdampf LibNH3 für Ammoniak LibR134a für das Kältemittel R134a LibIDGAS für Verbrennungsgasgemische nach VDI-4670 LibIdGasMix für ideale Gasgemische LibFLUFT für feuchte Luft und den Berechnungsprogrammen LibWUET für Betriebscharakteristika von Wärmeübertragern LibGroeber zur Berechnung von instationärerwärmeleitung für symmetrische Verhältnisse mit dem Verfahren von Gröber AnhangD Fluid PropertyCalculator Online-Berechnung von Stoffdaten

3 Kretzschmar/Kraft Kleine Formelsammlung Technische Thermodynamik

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5 Kleine Formelsammlung Technische Thermodynamik von Prof. Dr.-Ing. habil. Hans-Joachim Kretzschmar und Prof. Dr.-Ing. Ingo Kraft unter Mitarbeit von Dr.-Ing. Ines Stöcker ( ) 5., aktualisierte Auflage Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag

6 Prof. Dr.-Ing. habil. Hans-Joachim Kretzschmar Hochschule Zittau/Görlitz Prof. Dr.-Ing. Ingo Kraft Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. ISBN E-Book-ISBN Dieses Werk ist urheberrechtlichgeschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdrucks und der Vervielfältigung des Buches oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren), auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung, reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigtoder verbreitet werden. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag 2016 Carl Hanser Verlag München Lektorat: Ute Eckardt Herstellung: Karin Wulst Druck/Bindung: Friedrich Pustet, Regensburg Printed in Germany

7 Vorwort zur fünften Auflage Die Kleine Formelsammlung Technische Thermodynamik ist inzwischen etabliert. Die vorliegende fünfte Auflage wurde überabreitet und ergänzt. Sie enthält die wichtigsten Formeln und Berechnungsalgorithmen der Technischen Thermodynamik einschließlich Wärmeübertragung für die Studiengänge und Studienrichtungen Maschinenbau Energie-, Verfahrens- und Umwelttechnik Technische Gebäudeausrüstung und Versorgungstechnik Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik Kälte- und Wärmepumpentechnik Wirtschaftsingenieurwesen an Universitäten, Fachhochschulen, Berufsakademien und Fachschulen. Erfasst werden die folgenden Gebiete der Technischen Thermodynamik Energielehre und thermodynamische Stoffeigenschaften, einfache Prozesse und Kreisprozesse, Wärmeübertragung und Thermodynamik der feuchtenluft. Diese Formelsammlung kann somit als Grundlage für die Berechnung von Maschinen, Apparatenund Anlagen dienen. Die Darstellung der Energielehre orientiert sich amlehrkonzept von Prof. em. Dr.-Ing. habil. Dr.-Ing. e. h. W. Wagner, Lehrstuhl für Thermodynamik der Ruhr-Universität Bochum. Beibehalten wurde die anwendungsorientierte Darstellung. Zur schnellen Nutzung sind die Formelzeichen unmittelbar unter der betreffenden Formel erläutert. Eine ausführliche Stoffwert- und Diagrammsammlung im Anhang ermöglicht die sofortige Anwendung Gleichungen. Das Kapitel "Ideale Gasgemische", weitere Abschnitte sowie Stoffwert- Bibliotheken und ergänzende Software für Excel, MATLAB Mathcad und verschiedene Taschenrechner stehen auf der Website zum Download bereit. Des Weiteren können hierstoffwerte online berechnet werden. Die Autoren danken Frau Dr.-Ing. I. Stöcker sowie Herrn Dr.-Ing. S. Herrmann und Herrn Dipl.-Ing. (FH) M. Kunick für dieerstellung der Bilder, Diagramme und Tabellen. Hans-Joachim Kretzschmar und Ingo Kraft

8 Inhaltsverzeichnis 1 Thermodynamische Größen Größenarten Größen und Einheiten Umrechnung von Einheiten Zustandsverhalten reiner Stoffe Einphasengebiete und Phasenübergänge Zweiphasengebiet flüssig gasförmig Bereiche für Zustandsberechnung Bereiche für Zustandsberechnung im p,t-diagramm Bereiche für Zustandsberechnung im p,v-diagramm Bereiche fürzustandsberechnung im T,s-Diagramm Bereiche für Zustandsberechnung im h,s-diagramm Thermische Zustandsgrößen Temperatur Druck Dichte und spezifisches Volumen Definitionen Ermittlungvon v und ρ für realefluide Ermittlung von v und ρ für ideale Gase Ermittlung von v und ρ für inkompressible (ideale) Flüssigkeiten und Festkörper Ermittlungvon v und ρ für Nassdampf Normzustand und Normvolumen EnergetischeZustandsgrößen Wärmekapazitäten Definitionen Ermittlungvon c p und c v für reale Fluide Ermittlung von c p und c v für ideale Gase Ermittlung von c p und c v fürinkompressible (ideale) Flüssigkeiten und Festkörper c p und c v für Nassdampf Isentropenexponent undisentrope Schallgeschwindigkeit...37

9 Inhaltsverzeichnis 7 Kleine Formelsammlung Technische Thermodynamik downloaded from by on January 30, Definitionen Ermittlungvon und w für reale Fluide Ermittlung von und w für ideale Gase und w für inkompressible (ideale) Flüssigkeiten und w für Nassdampf Enthalpie und innere Energie Definitionen Ermittlungvon h und u für realefluide Ermittlung von h und u für ideale Gase Ermittlung von h und u für inkompressible (ideale) Flüssigkeiten und Festkörper Ermittlung von h und u für Nassdampf Entropie Definition Ermittlungvon s für reale Fluide Ermittlungvon s für idealegase Ermittlungder spezifischenentropie s für inkompressible (ideale) Flüssigkeiten Ermittlung von s für Nassdampf Exergie Exergie (der Enthalpie) Exergie der inneren Energie Massebilanz Stoffmenge, Masse und Volumen Massestrom und Volumenstrom Massebilanz beigeschlossenen Systemen Massebilanz beioffenen stationären Systemen Massebilanz beioffenen instationären Systemen Energiebilanz 1. Hauptsatz der Thermodynamik Ruhendes geschlossenes System Energiebilanz zwischen Zustand 1und Volumenänderungsarbeit Äußere Nutzarbeitund Kolbenarbeit Dissipierte Arbeiten Wärme Instationäre Energiebilanz... 75

10 8 Inhaltsverzeichnis Kleine Formelsammlung Technische Thermodynamik downloaded from by on January 30, Ruhendesoffenes System Stationäre Energiebilanz Technische Arbeit Allgemeine instationäre Energiebilanz Berechnung derdifferenzen von spezifischerenthalpie und spezifischer innerer Energie Reale Fluide Ideale Gase Inkompressible (ideale) Flüssigkeiten Nassdampf Entropiebilanz 2. Hauptsatz der Thermodynamik Ruhendes geschlossenes System Entropiebilanz zwischen Zustand 1und Entropie der Wärme Entropieproduktion Dissipationsenergie Ruhendes offenes System Berechnung der Differenzen der spezifischen Entropie Reale Fluide Ideale Gase Inkompressible (ideale) Flüssigkeiten Nassdampf Exergiebilanz Ruhendes geschlossenes System Exergiebilanzzwischen Zustand 1und Exergie der Wärme Exergieverlust Ruhendes offenes System Berechnungder Differenzen der spezifischenexergie Einfache Prozesse Grundlagen derthermodynamischen Modellierung technischer Prozesse Technische Anwendungen Fluide in Behältern mit starren Wänden Fluide unter konstantemdruck Mischen von Fluidströmen...120

11 Inhaltsverzeichnis 9 Kleine Formelsammlung Technische Thermodynamik downloaded from by on January 30, Verdichten undpumpen Entspannung in Turbinen Drosselentspannung Kreisprozesse Grundlagen Gasturbinenanlagen-JOULE-Prozess Dampfturbinenanlagen-CLAUSIUS-RANKINE-Prozess Kältemaschinen-und Wärmepumpen-Prozess Wärmeübertragung Transporteigenschaften der Stoffe Stationäre Wärmeleitung Grundlagen Ebene Wand Zylinderwand (Rohrwand) Kugelwand Konvektiver Wärmeübergang Temperaturfeld Wärmestrom und Wärmeübergangskoeffizient Ähnlichkeitskennzahlen Freie Konvektion Erzwungene Konvektion Wärmestrahlung Energiebilanz Zweiflächenstrahlungsaustausch Strahlungsaustauschkoeffizient (resultierender Strahlungskoeffizient) für ausgewählte Anwendungsfälle Wärmedurchgang Thermodynamik der feuchten Luft Konstanten für die Zustandsberechnung Arten der feuchten Luft Zusammensetzung der feuchtenluft Allgemeine Zusammensetzung der feuchten Luft Wassergehalt Ungesättigte feuchte Luft Relative Feuchte Gesättigte feuchte Luft

12 10 Inhaltsverzeichnis Kleine Formelsammlung Technische Thermodynamik downloaded from by on January 30, Übersättigte feuchte Luft (Nebel) Luftspezifisches Volumen und Dichte Spezifische Wärmekapazitäten Isentropenexponent und isentrope Schallgeschwindigkeit Luftspezifische Enthalpie und luftspezifische innere Energie Taupunkttemperatur Feuchtkugeltemperatur (Kühlgrenztemperatur) Das h 1+x,x W -Diagramm Bilanzierung von Prozessen mit feuchter Luft Anwendung der Zustandsberechnung von feuchterluft auf feuchte Gase Literaturverzeichnis Anhang A Stoffwertsammlung A1 Stoffunabhängige Konstanten A2 Stoffspezifische Konstanten A3 Stoffwerte von Gasen imidealgaszustand A4 Stoffwerte von siedendem Wasser und gesättigtem Wasserdampf A5 Stoffwerte von Wasser (reales Fluid) A6 Stoffwerte von Wasserflüssigkeit (ideal) A7 Stoffwerte von Luft (reales Fluid) A8 Stoffwerte von Luft bei p =0, MPa A9 Transportgrößen von Feststoffen(Mittelwerte) A10 Gesamtemissionsverhältnissevon Stoffen (Mittelwerte) A11 Heizwerte und Brennwerte A12 Sättigungspartialdruck von Wasser Sachwortverzeichnis B B1 B2 B3 B4 Zustandsdiagramme (als Beilage) Mollier h,s-diagramm von Wasserdampf T,s-Diagramm von Wasser und Wasserdampf lg p,h-diagramm von Ammoniak h 1+x,x W -Diagramm von feuchterluft