Die Grundzüge der technischen Wärmelehre

Transkript

1 DIPL.-ING. GUSTAV PUSCHMANN DR.-ING. RAIMUND DRATH Die Grundzüge der technischen Wärmelehre 26., neubearbeitete Auflage mit 178 Bildern, einem A,«-Diagramm für Wasserdampf, einem A,a-Diagramm für Feuchtluft, einem 2,s-Diagramm für trockene Luft und 150 Zahlenbeispielen Bearbeitet von Dipl.-Ing. Thomas Drath, Schwerin a VEB FACHBUCHVERLAG LEIPZIG

2 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung Einheiten Arbeit und Energie Energie der Bewegung Energie der Lage Energie des Druckes Die Energiegleichung Allgemeines Zustandsgrößen Das Verhalten der Gase und Dämpfe Gase Die Gesetze von Boyle- Mariotte und Gay-Lussac Das Gesetz von Boyle- Mariotte Das Gesetz von Gay-Lussac Die allgemeine Zustandsgieichung für Gase und Gasgemische Kilomol, Kilomolvolumen, allgemeine Gaskonstante Gasgemische Wärme und Arbeit Wärmeenergie und spezifische Wärmekapazität Kalorimeter Schmelzen und Verdampfen Der erste Hauptsatz der Wärmelehre Raumänderungsarbeit Die innere Energie....' Innere Energie und Enthalpie, Raumänderungsarbeit und technische Arbeit Spezifische Wärmekapazitäten c p und CD Molare Wärmekapazität oder Molwärme Die spezifische Wärmekapazität von Gasmischungen Druck und Temperatur von Gasmischungen Die kinetische Gastheorie Zustandsänderungen der Gase Allgemeines Zustandsänderung bei konstantem Volumen (Isochore) Zustandsänderung bei konstantem Druck (Isobare) Zustandsänderung bei konstanter Temperatur (Isotherme) Zustandsänderung bei konstanter Entropie (Isentrope) Polytrope Zustandsänderung Die allgemeine Bedeutung der Polytrope Bestimmung der Temperatur und des Polytropenexponenten aus dem p, F-Diagramm Kreisprozesse Der zweite Hauptsatz der Wärmelehre Das Indikatordiagramm und die Berechnung der Leistung von Kolbenmaschinen Reversible und irreversible Prozesse Der OarnotBche Kreisprozeß Wärmediagramme Allgemeines Die Entropie als Zustandsgröße Berechnung der Entropie Feste und flüssige Körper

3 8 Inhaltsverzeichnis Gase 109 Das Wärmediagramm (T,s- Diagramm) für die wichtigsten Zustandsänderungen von Gasen 110 Die Entropie als Maß für den Arbeitswert der Wärme 119 Die Entropie bei reversiblen und irreversiblen Zustandsänderungen 124 Besondere nichtumkehrbare Vorgänge 127 Reibung 127 Wärmeleitung 127 Mischung 128 Drosselung 128 Wasserdampf 131 Verdampfungsvorgang 131 Tripelpunkt 134 Sattdampf 135 Naßdampf 138 Überhitzter Dampf (Heißdampf) 142 Entropie und Wärmediagramm des Wasserdampfes 144 Entropie s' der Flüssigkeit bei der Siedetemperatur 2', Entropie s" des Sattdampfes. 145 Entropie st des Naßdampfes. 145 Entropie Sjx des Heißdampfes. 146 T^s-Diagramm für Wasserdampf 148 Zustandsänderungen des Wasserdampfes 150 Isochore 150 Isobare 151 Isentrope 151 Isenthalpe (Linie konstanter Enthalpie) 153 Gas-Dampf-Gemische 155 Allgemeines 155 Absolute und relative Feuchte der Luft 158 Spezifisches Volumen und Enthalpie der feuchten Luft. 159 Ä,a;-Diagramm für feuchte Luft 163 Zustandsänderungen der feuchten Luft 165 Erwärmen und Abkühlen Mischen Einspritzen von Dampf und Wasser Verdunstung und Taubildung, Feuchtemessung Trockenvorgang Die Kreisprozesse der Wärmekraftmaschinen Allgemeines Wirkungsgrade Kreisprozeß der Heißgasmaschine (Turbine) Kreisprozeß des Otto- oder Gleichraummotors Kreisprozeß des Diesel- oder Gleichdruckmotors Gemischter Kreisprozeß (Seiliger-Vvozeß) Kreisprozeß einer Dampfkraftmaschine y,s-diagramm des idealen Dampfmaschinenprozesses Berechnung des Dampfmaschinenprozesses mit Hilfe der A,s-Tafel Die Umkehrung des Oarnoischen Kreisprozesses Das Wärmediagramm des idealen Kältemaschinenprozesses Strömende Bewegung von Gasen und Dämpfen Allgemeines Ausströmen aus Gefäßen mit gleichbleibendem Innendruck Durchflußmenge und Druckverhältnis Konstruktion dei Düsen Strömungsgeschwindigkeit in der Düse Entspannungs-und Verdichtungsströmung (Düse und Diffusor) Reibungsarbeit und Energieverlust bei Expansionsströmung von Gasen und Dämpfen Strömung mit kleinen Druckunterschieden Statischer und dynamischer Druck Mengenmessungen mit D üsen und Blenden 235

4 Inhaltsverzeichnis Ausströmen bei kleinen Druckunterschieden Die Energieumsetzung in der Dampfturbine Die Gleichdruck- oder Aktionsturbine ohne Reibung Rückdruck und Rückdruckarbeit ausströmender Gase und Dämpfe Die Überdruck- oder Reaktionsturbine ohne Reibung Die Energieumsetzung mit Berücksichtigung der Verluste Radialturbinen Zwischenüberhitzung Das Regenerativ-Verfahren Kolbenverdichter Berechnung der Verdichterleistung Mehrstufige Verdichtung Druckluftübertragung Das Temperatur-Entropie- Diagramm der Luft Das Wärmediagramm des verlustlosen Kolbenverdichters Isotherme Vordichtung Isentrope Verdichtung Polytrope Verdichtung Isentrope Ausdehnung (Druckluftmotor) Kreiselverdichter Verdichtungsströmung mit innerer Wärmeentwicklung (Düsenverdichter) Der Kreiselverdichter ohne Kühlung Der Kreiselverdichter mit Kühlung Kreisellüfter Arbeitsfähigkeit und Exergie Maximale Arbeit Technische Arbeitsfähigkeit Darstellung der Exergie im A,s-Diagramm Die Exergie bei nichtumkehrbaren Vorgängen Der exergetische Wirkungsgrad Verbrennung Allgemeines Brennwert und Heizwert Sauerstoff- und Luftbedarf bei der Verbrennung Menge und Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte fester und flüssiger Brennstoffe Luftbedarf und Abgaszusammensetzung gasförmiger Brennstoffe Bestimmung des Luftverhältnisses aus der Abgasanalyse Unvollkommene Verbrennung Luftbedarf und Rauchgasvolumen in Abhängigkeit vom Heizwert Die theoretische Verbrennungstemperatur Wärmeübertragung Allgemeines Wärmeleitung Wärmeübertragung und Wärmedurchgang Wärmeübergangskoeffizient Wärmeübertrager Strahlung Wärmeaustausch durch Strahlung Neue Energiequellen (Verfasser: Dr. Thomas Krist) Energiebedarf und Wärmeanteil Wertigkeit der Energieformen Sonnenenergie als Wärmequelle Zusammenfassung 349 Literatur- und Quellenverzeichnis 351 Tabellenanhang 352 Sachwortverzeichnis 372 Anlagen Anlage 1. Formelzusammenstellung für Gasgemische

5 10 Inhaltsverzeichnis Anlage 2. Zusammenstellung der wichtigsten Formeln für polytrope Zustandsänderungen idealer Gase, bezogen auf lkg Anlage 3. fc,s-diagramm für Wasserdampf Anlage 4. Ä,a;-Diagramm für Feuchtluft Anlage 5. <,s-diagramm für trockene Luft Anlage 6. Häufig verwendete thermodynamische Daten Anlage 7. Formelzeichen und Einheiten der Wärmelehre