3 vieweg pirk Labuhn Oliver Romberg Keine Panik vor Thermodynamik! Erfolg und Spaß im klassischen Dickbrettbohrerfach" des Ingenieurstudiums Mit Cartoons von Oliver Romberg 2., überarbeitete und erweiterte Auflage
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 Erstmal Bilanz ziehen 6 1.2.3 Zustandsgrößen und Prozessgrößen 9 1.2.4 Masse und Stoffmenge 11 1.2.5 Spezifische, intensive und extensive Größen 13 1.2.6 Druck und Temperatur 16 1.2.7 Kurze Prozesse! 22 2 Phasenwechsel 23 2.1 Malen nach Zahlen - Zustandsdiagramme 25 2.2 Das p,v-diagramm 26 2.3 Das T,v-Diagramm 29 2.4 Das p,t-diagramm und die Antoine-Gleichung 30 2.5 Das Nassdampfgebiet aus der Nähe betrachtet 34 3 Im Namen des Stoffgesetzes - Thermische Zustandsgieichungen 37 3.1 Das ideale Gasgesetz 38 3.2 Ganz einfach - das inkompressible Fluid 42 3.3 Thermische Zustandsgieichungen realer Fluide 42 3.4 Die lineare Interpolation 46 4 Hauptsache Hauptsätze - 1. Hauptsatz 47 4.1 Rein oder raus? 54 4.2 Wie vereinfache ich meinen Hauptsatz? 58 4.3 Über Wärme und Arbeit 61 4.4 Der 1. Hauptsatz für geschlossene Systeme 66 4.5 Der 1. Hauptsatz für offene Systeme 67 4.6 Die Massenbilanz 71 4.7 Beispiele für Energiebilanzen 72 4.7.1 Ein quasi-stationärer Fließprozess 72 VII
4.7.2 Ein klassischer stationärer Fließprozess 73 4.7.3 Ein instationärer Fließprozess 75 4.7.4 Noch ein stationärer Prozess < 77 4.8 Energie wirkt immer! 79 5 Wenn das Nudelwasser überkocht und ähnliche Dramen 81 5.1 Im Namen des Stoffgesetzes - Kalorische Zustandsgieichungen 81 5.1.1 Kalorische Zustandsgieichung idealer Gase 85 5.1.2 Zustandsänderungen beim idealen Gas 90 5.1.2.1 Isotherme Zustandsänderung 92 5.1.2.2 Isochore Zustandsänderung 95 5.1.2.3 Isobare Zustandsänderung 96 5.1.2.4 Isentrope Zustandsänderung 98 5.1.3 Kalorische Zustandsgieichung inkompressibler Fluide 102 6 Hauptsätze und Nebensätze - der 2. Hauptsatz 103 6.1 Entropie - die Sache mit der Unordnung 105 6.2 Die Entropiebilanz 106 6.3 Die Berechnung von Entropieströmen 108 6.3.1 Die Fundamentalgleichung 109 6.3.2 Die Entropie der Wärme 111 6.3.3 Die Entropie der Materie 113 6.3.3.1 Entropiezustandsgieichungen für die Modellfluide 114 6.3.4 Entropieerzeugung durch Dissipation 116 6.4 Der 2. Hauptsatz, ganz allgemein 117 6.5 Das T,s-Diagramm 117 6.6 Energie und Entropie im Nassdampfgebiet 121 6.7 Das h,s-diagramm 125 6.8 Turbinen, Verdichter, isentrope Wirkungsgrade 126 7 Exergie und Anarchie 130 7.1 Exergie-Rechnereien 132 7.1.1 Exergie und Anergie eines geschlossenen Systems 132 7.1.2 Exergie und Anergie der Wärme 136 7.1.3 Exergie und Anergie eines Massenstroms 137 VIII
, 7.1.4 Ex und hopp - Exergieverluste 139 7.1.5 Der exergetische Wirkungsgrad 139 i Wärmeübertragung 140 8.1 Wärmeleitung 140 8.2 Konvektion 141 8.3 Wärmestrahlung 143 9 Kreisprozesse 144 9.1 Linksherum und rechtsherum im Kreis 146 9.2 Wirkungsgrade und Leistungszahlen 150 9.3 Kaltprozesse, Heißprozesse, Kreisprozesse 152 9.3.1 Der Streber - Carnot 153 9.3.2 Kreisprozesse die Gas geben 157 9.3.2.1 Ericsson-Prozess 157 9.3.2.2 Joule-Prozesse, offen oder geschlossen 161 9.3.2.3 Stirling-Prozess 166 9.3.3 On the road - Verbrennungsmotoren 173 9.3.3.1 Otto-Prozess 176 9.3.3.2 Diesel-Prozess 181 9.3.4 Kreisprozesse in XXL - Dampfkraftanlagen 185 9.3.4.1 Einfacher Dampfkraft- und Clausius-Rankine-Prozess 185 9.3.4.2 Dampfkraft-Prozess mit Zwischenüberhitzung 189 9.3.4.3 Dampfkraft-Prozess mit Speisewasservorwärmung 191 9.3.4.4 Der Gesamtwirkungsgrad von Dampfkraftanlagen 192 9.3.5 Kältemaschine und Wärmepumpe 194 10 Gemischte Gefühle oder gefühlte Gemische 197 10.1 Die Beschreibung von Gemischen 197 10.1.1 Die Bäckermethode 197 10.1.2 Die Erbsenzählermethode 199 10.1.3 Backerbsen - wiegen oder zählen? 199 10.2 Ideale Gemische von Gasen und von Flüssigkeiten 201 10.2.1 Das ideale Gasgemisch 201 10.2.2 Die ideale Lösung 210 IX
10.2.3 Das Phasengleichgewicht _ # 211 10.2.4 Siedediagramme für binäre Gemische 216 10.2.4.1 Das p,xy-diagramm «217 10.2.4.2 Das T,xy-Diagramm 221 11 Nicht nur in den Tropen ein Problem - feuchte Luft 224 11.1 Die Zusammensetzung von feuchter Luft 227 11.2 Stoffwerte von feuchter Luft 232 11.3 Zustandsänderungen feuchter Luft 235 11.3.1 Isobares Abkühlen feuchter Luft 237 11.3.2 Adiabates Mischen feuchter Luft 240 12 Verbrennungen dritten Grades 242 12.1 Das Sauerstoffangebot 244 12.2 Der Sauerstoffbedarf 245 12.2.1 Kohle, Koks und Konsorten 246 12.2.2 Gas, Grappa und Genossen 249 12.3 Erstmal tief Luft holen 249 12.4 Bilanzen bei der technischen Verbrennung 250 13...und sonst? 258 14 Aufgaben mit Lösungsweg 260 14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 14.6 14.7 14.8 14.9 Aufgaben zum idealen Gasgesetz Aufgaben zum ersten Hauptsatz Aufgaben zum Nassdampfgebiet Aufgaben zum zweiten Hauptsatz Aufgaben zur Exergie Aufgaben zu Kreisprozessen Aufgaben zu Gemischen Aufgaben zu feuchter Luft Aufgaben zur Verbrennung 262 267 280 287 295 298 305 311 317 Literaturverzeichnis Sachregister 326 329 X