6.4.2 VerdampfenundEindampfen... 427 6.4.3 Destillieren und Rektifizieren... 430 6.4.4 Absorbieren... 436



Ähnliche Dokumente
Inhaltsverzeichnis XVII. Häufig verwendete Formelzeichen. 1 Allgemeine Grundlagen l

6.4.2 Verdampfen und Eindampfen Destillieren und Rektifizieren Absorbieren

Thermodynamik. ^J Springer. Hans Dieter Baehr Stephan Kabelac. Grundlagen und technische Anwendungen

X Inhaltsverzeichnis Massenbilanz und Energiebilanz für einen Kontrollraum Instationäre Prozesse offener Sy

Inhaltsverzeichnis Allgemeine Grundlagen Fluide Phasen

Hans Dieter Baehr. Thermodynamik. Eine Einführung in die Grundlagen und ihre technischen Anwendungen. Neunte Auflage

Inhaltsverzeichnis. Gernot Wilhelms. Übungsaufgaben Technische Thermodynamik ISBN: Weitere Informationen oder Bestellungen unter

Thermodynamik. Eine Einführung in die Grundlagen. Von. Dr.-Ing. Hans Dieter Baehr. o. Professor an der Technischen Hochschule Braunschweig

Hans Dieter Baehr. Thermodynamik. Eine Einführung in die Grundlagen und ihre technischen Anwendungen. Vierte, berichtigte Auflage

Inhaltsverzeichnis. Hans-Joachim Kretzschmar, Ingo Kraft. Kleine Formelsammlung Technische Thermodynamik ISBN:

Kleine Formelsammlung Technische Thermodynamik

Inhaltsverzeichnis. Formelzeichen...XIII. 1 Einleitung Einheiten physikalischer Größen...3

Thermodynamik. Grundlagen und technische Anwendungen

Inhaltsverzeichnis. Formelzeichen. 1 Einleitung 1. 2 Einheiten physikalischer Größen 3

Klaus Lucas. Thermodynamik. Die Grundgesetze der Energie- und Stoffumwandlungen. 7. korrigierte Auflage. Springer

Übungsaufgaben Technische Thermodynamik

Thermodynamik des Kraftfahrzeugs

Kleine Formelsammlung Technische Thermodynamik

Fundamentalgleichung für die Entropie. spezifische Entropie: s = S/m molare Entropie: s m = S/n. Entropie S [S] = J/K

Thermodynamik. Springer Vieweg. Grundlagen und technische Anwendungen. Band 1: Einstoffsysteme. Schaber

Thermodynamik. Springer. Peter Stephan Karlheinz Schaber Karl Stephan Franz Mayinger. Grundlagen und technische Anwendungen Band 1: Einstoffsysteme

Thermodynamik I. Sommersemester 2012 Kapitel 4, Teil 2. Prof. Dr.-Ing. Heinz Pitsch

Hans Dieter Baehr Stephan Kabelac. Thermodynamik. Grundlagen und technische Anwendungen. 15. Auflage

Thermodynamik mit Mathcad

Physikalische Chemie. Heinz Hug Wolfgang Reiser EHRMITTEL. EUROPA-FACHBUCHREIHE für Chemieberufe. 2. neu bearbeitete Auflage. von

5. Energieumwandlungen als reversible und nichtreversible Prozesse 5.1 Reversibel-isotherme Arbeitsprozesse Energiebilanz für geschlossene Systeme

Hans Dieter Baehr Stephan Kabelac. Thermodynamik. Grundlagen und technische Anwendungen. 14. Auflage ABC

Eine Einführung in die Grundlagen. und ihre technischen Anwendungen. Von

Hans Dieter Baehr Stephan Kabelac. Thermodynamik. Grundlagen und technische Anwendungen. 16., aktualisierte Auflage

Thermodynamik für Ingenieure

Repetitorium. Thermodynamik. 3., überarbeitete und ergänzte Auflage. von. Wilhelm Schneider. unter Mitarbeit von. Stefan Haas und Karl Ponweiser

Keine Panik vor Thermodynamik! Erfolg und Spaß im klassischen Dickbrettbohrerfach" des Ingenieurstudiums

Inhaltsverzeichnis VII

Technische Thermodynamik

Thermodynamik des Kraftfahrzeugs

8.2 Thermodynamische Gleichgewichte, insbesondere Gleichgewichte in Mehrkomponentensystemen Mechanisches und thermisches Gleichgewicht

Wolfgang Heidemann. Technische Thermodynamik. Kompaktkurs für das Bachelorstudium. Wl LEY-VCH. Verlag GmbH & Co. KGaA

Energieumwandlung durch Verbrennung und in Brennstoffzellen 9

Technische Thermodynamik Theoretische Grundlagen und praktische Anwendungen

Technische Thermodynamik

Thermodynamik Memory

Technische Thermodynamik

Inhaltsverzeichnis. Günter Cerbe, Gernot Wilhelms. Technische Thermodynamik. Theoretische Grundlagen und praktische Anwendungen

8.2 Thermodynamische Gleichgewichte, insbesondere Gleichgewichte in Mehrkomponentensystemen Mechanisches und thermisches Gleichgewicht

Keine Panik vor Thermodynamik!

3 vieweg. Keine Panik vor Thermodynamik! pirk Labuhn Oliver Romberg. Erfolg und Spaß im klassischen Dickbrettbohrerfach" des Ingenieurstudiums

Chemische Thermodynamik

Kleine Formelsammlung Technische Thermodynamik

2.3.4 Bereiche für Zustandsberechnung im h,s-diagramm Bereiche für Zustandsberechnung im T,s-Diagramm...22

Thermodynamik des Kraftfahrzeugs

Einführung in die Technische Thermodynamik

Technische Thermodynamik

Kleine Formelsammlung Technische Thermodynamik

Hans Dieter Baehr Stephan Kabelac. Grundlagen und technische Anwendungen. Dreizehnte, neu bearbeitete und erweiterte Auflage

Heinz Herwig Christian H. Kautz Technische Thermodynamik

Karl Stephan Franz Mayinger. "Шг illti ' 111% Band 1: Einstoffsysteme. Grundlagen und technische Anwendungen. 15. Auflage. Mit 217 Abbildungen

Grundlagen der Energie- und Kraftwerkstechnik

Inhalt 1 Grundlagen der Thermodynamik

5. Entropie *), 2. Hauptsatz der Thermodynamik

Thermodynamik. Grundlagen und technische Anwendungen. Zwölfte, neu bearbeitete und erweiterte Auflage Unter Mitarbeit von Stephan Kabelac

Lehrbuch der Thermodynamik

Formel X Leistungskurs Physik 2005/2006

Thermodynamik 2 Klausur 17. Februar 2015

Einführung in die chemische Thermodynamik

Lehrbuch der Thermodynamik

Physikalisch-chemische Grundlagen der thermischen Verfahrenstechnik

wegen Massenerhaltung

Lehrbuch der Thermodynamik

Keine Panik vor Th e r m ody n a m i k!

Ergänzung im Web

Hans Dieter Baehr. Eine Einführung in die Grundlagen und ihre technischen Anwendungen. Korrigierter Nachdruck der fünften Auflage

Mögliche Klausurfragen und aufgaben (Beispiele mit keinem Anspruch auf Vollständigkeit)

Inhaltsverzeichnis. Formelzeichen, Indizes, Abkürzungen und Definitionen. 1 Einleitung 1. 2 Grundlagen 3. Inhaltsverzeichnis

Thermodynamik. oder Website der Fachhochschule Osnabrück

kg K dp p = R LuftT 1 ln p 2a =T 2a Q 12a = ṁq 12a = 45, 68 kw = 288, 15 K 12 0,4 Q 12b =0. Technische Arbeit nach dem Ersten Hauptsatz:

Hans Dieter Baehr. Thermodynamik. Eine Einführung in die Grundlagen und ihre technischen Anwendungen. Vierte, berichtigte Auflage

Technische Thermodynamik

Technische Thermodynamik

Einführung in diethermodynamik

Ein Braunkohle-Kraftwerk arbeitet nach dem Clausius-Rankine-Prozess mit einfacher Zwischenüberhitzung

Thermodynamik. Interpretation gegenseitiger Abhängigkeit von stofflichen und energetischen Phänomenen in der Natur

Thermodynamik I. Sommersemester 2012 Kapitel 3, Teil 3. Prof. Dr.-Ing. Heinz Pitsch

Abb. 1: Exotherme und endotherme Reaktionen Quelle:

Technische Thermodynamik

Liste der Formelzeichen. A. Thermodynamik der Gemische 1

Energietechnische Arbeitsmappe

Technische Thermodynamik

Karl Stephan Franz Mayinger. Thermodynamik. Grundlagen und technische Anwendungen. Zwölfte, neubearbeitete und erweiterte Auflage

Literatur. [1] Cerbe, G. / Hoffmann, H.-J. Einführung in die Thermodynamik Carl Hanser Verlag 2002 Preis ca. 29,90

Transkript:

Inhaltsverzeichnis 1 Allgemeine Grundlagen... 1 1.1 Thermodynamik... 1 1.1.1 Von der historischen Entwicklung der Thermodynamik 1 1.1.2 WasistThermodynamik?... 9 1.2 SystemundZustand... 11 1.2.1 SystemundSystemgrenzen... 12 1.2.2 Zustand und Zustandsgrößen...................... 13 1.2.3 Extensive, intensive, spezifische und molare Zustandsgrößen, Dichten................ 16 1.2.4 Fluide Phasen. Zustandsgleichungen................ 20 1.3 Prozesse... 21 1.3.1 Prozess und Zustandsänderung..................... 21 1.3.2 ReversibleundirreversibleProzesse... 22 1.3.3 Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik als Prinzip der Irreversibilität................................ 26 1.3.4 Quasistatische Zustandsänderungen undirreversibleprozesse... 27 1.3.5 StationäreProzesse... 28 1.4 Temperatur... 30 1.4.1 Thermisches Gleichgewicht und Temperatur......... 30 1.4.2 Thermometer und empirische Temperatur........... 33 1.4.3 Die Temperatur des idealen Gasthermometers........ 35 1.4.4 Celsius-Temperatur. Internationale Praktische Temperaturskala... 38 1.4.5 Die thermische Zustandsgleichung idealer Gase....... 41 2 Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik... 43 2.1 Der 1. Hauptsatz für geschlossene Systeme................. 43 2.1.1 MechanischeEnergien... 43 2.1.2 Der1.Hauptsatz.InnereEnergie... 47 2.1.3 Die kalorische Zustandsgleichung fluider Phasen...... 51 2.1.4 DieEnergiebilanzgleichung... 54 2.2 ArbeitundWärme... 56 2.2.1 MechanischeArbeitundLeistung... 56 2.2.2 Volumenänderungsarbeit... 58

X Inhaltsverzeichnis 2.2.3 Wellenarbeit... 62 2.2.4 Elektrische Arbeit und Arbeit nichtfluider Systeme... 64 2.2.5 WärmeundWärmestrom... 68 2.3 Energiebilanzgleichungen... 70 2.3.1 Energiebilanzgleichungen für geschlossene Systeme.... 70 2.3.2 Massenbilanz und Energiebilanz füreinenkontrollraum... 76 2.3.3 Instationäre Prozesse offener Systeme............... 82 2.3.4 Der 1. Hauptsatz für stationäre Fließprozesse......... 85 2.3.5 Enthalpie... 87 3 Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik... 93 3.1 EntropieundEntropiebilanzen... 93 3.1.1 EinführendeÜberlegungen... 94 3.1.2 Die Formulierung des 2. Hauptsatzes durch Entropie undthermodynamischetemperatur... 97 3.1.3 Die Entropiebilanzgleichung für geschlossene Systeme. 101 3.1.4 Die Irreversibilität des Wärmeübergangs und die thermodynamischetemperatur... 106 3.1.5 Die Umwandlung von Wärme in Nutzarbeit. Wärmekraftmaschinen... 112 3.1.6 Die Entropiebilanzgleichung für einen Kontrollraum... 117 3.1.7 Die Entropiebilanzgleichung fürstationärefließprozesse... 120 3.2 DieEntropiealsZustandsgröße... 125 3.2.1 DieEntropiereinerStoffe... 125 3.2.2 Die Messung thermodynamischer Temperaturen unddieentropieidealergase... 129 3.2.3 Das T,s-Diagramm... 134 3.2.4 Fundamentalgleichungen und charakteristische Funktionen... 137 3.2.5 Gleichgewichts- und Stabilitätsbedingungen. Phasengleichgewicht... 142 3.3 Die Anwendung des 2. Hauptsatzes auf Energieumwandlungen: Exergie und Anergie............... 150 3.3.1 Die beschränkte Umwandelbarkeit der Energie....... 150 3.3.2 Die Definitionen von Exergie, Anergie und thermodynamischer Umgebung..................... 152 3.3.3 Die Rolle der Exergie in der Thermodynamik und ihren technischen Anwendungen................ 156 3.3.4 Die Berechnung von Exergien und Exergieverlusten... 159 3.3.5 ExergieundAnergiederWärme... 164 3.3.6 Exergie und Anergie eines Stoffstroms............... 169 3.3.7 Exergiebilanzen und exergetische Wirkungsgrade..... 171

Inhaltsverzeichnis XI 4 Die thermodynamischen Eigenschaften reiner Fluide... 177 4.1 Die thermischen Zustandsgrößen......................... 177 4.1.1 Die p, v, T -Fläche... 178 4.1.2 Das p, T -Diagramm und die Gleichung von Clausius-Clapeyron... 181 4.1.3 Die thermische Zustandsgleichung.................. 185 4.1.4 Das Prinzip der korrespondierenden Zustände........ 190 4.1.5 KubischeZustandsgleichungen... 192 4.2 DasNassdampfgebiet... 199 4.2.1 NasserDampf... 199 4.2.2 DampfdruckundSiedetemperatur... 200 4.2.3 Die spezifischen Zustandsgrößen im Nassdampfgebiet. 203 4.3 Zwei Stoffmodelle: ideales Gas und inkompressibles Fluid.... 208 4.3.1 Die Zustandsgleichungen des idealen Gases.......... 208 4.3.2 Die spezifischen Wärmekapazitäten idealer Gase...... 211 4.3.3 Entropie und isentrope Zustandsänderungen idealergase... 214 4.3.4 DasinkompressibleFluid... 217 4.4 Zustandsgleichungen, Tafeln und Diagramme............... 220 4.4.1 Die Bestimmung von Enthalpie und Entropie mit Hilfe der thermischen Zustandsgleichung............ 221 4.4.2 Fundamentalgleichungen.......................... 224 4.4.3 Schallgeschwindigkeit und Isentropenexponent....... 226 4.4.4 Tafeln der Zustandsgrößen......................... 229 4.4.5 Zustandsdiagramme... 231 5 Gemische und chemische Reaktionen... 235 5.1 Mischphasen und Phasengleichgewichte.................... 235 5.1.1 Größen zur Beschreibung der Zusammensetzung...... 236 5.1.2 Mischungsgrößen und die Irreversibilität desmischungsvorgangs... 240 5.1.3 Partielle molare Größen........................... 243 5.1.4 Die Gibbs-Funktion einer Mischphase............... 248 5.1.5 Chemische Potenziale. Membrangleichgewicht........ 252 5.1.6 Phasengleichgewichte... 257 5.1.7 Phasengleichgewichte in Zweistoffsystemen.......... 260 5.2 IdealeGemische... 266 5.2.1 IdealeGasgemische... 266 5.2.2 Die Zustandsgleichungen idealer Gasgemische........ 268 5.2.3 IdealeLösungen... 272 5.2.4 Phasengleichgewicht. Gesetz von Raoult............. 277 5.3 Ideale Gas-Dampf-Gemische. Feuchte Luft................. 281 5.3.1 Der Sättigungspartialdruck des Wasserdampfes und der Taupunkt................................ 282 5.3.2 AbsoluteundrelativeFeuchte... 286

XII Inhaltsverzeichnis 5.3.3 Die Wasserbeladung.............................. 288 5.3.4 Das spezifische Volumen feuchter Luft............... 290 5.3.5 Die spezifische Enthalpie feuchter Luft.............. 291 5.3.6 Das Enthalpie,Wasserbeladungs-Diagramm.......... 295 5.3.7 Die spezifische Entropie feuchter Luft............... 297 5.4 RealefluideGemische... 302 5.4.1 Realpotenzial und Fugazitätskoeffizient.............. 302 5.4.2 Thermische Zustandsgleichungen für Gemische....... 306 5.4.3 Die Berechnung des Verdampfungsgleichgewichts mit der thermischen Zustandsgleichung des Gemisches.... 310 5.4.4 Exzesspotenzial und Aktivitätskoeffizient............ 311 5.4.5 Das Verdampfungsgleichgewicht bei mäßigen Drücken. 315 5.4.6 Die Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten........... 320 5.5 Chemisch reagierende Gemische.......................... 327 5.5.1 Reaktionen und Reaktionsgleichungen............... 327 5.5.2 Stöchiometrie... 333 5.5.3 Reaktionsenthalpien und Standard-Bildungsenthalpien 338 5.5.4 Der3.HauptsatzderThermodynamik... 344 5.5.5 Die Anwendung des 2. Hauptsatzes aufchemischereaktionen... 346 5.5.6 ChemischeExergien... 350 5.6 Reaktionsgleichgewichte... 356 5.6.1 Die Bedingungen des Reaktionsgleichgewichts........ 356 5.6.2 Das Reaktionsgleichgewicht in einfachen Fällen. Gleichgewichtskonstanten... 363 5.6.3 Gasgleichgewichte... 367 5.6.4 Heterogene Reaktionsgleichgewichte................ 371 6 Stationäre Fließprozesse... 375 6.1 Technische Arbeit, Dissipationsenergie und die Zustandsänderung des strömenden Fluids.................. 375 6.1.1 Dissipationsenergie und technische Arbeit........... 376 6.1.2 Polytropen. Polytrope Wirkungsgrade............... 382 6.2 Strömungs-undArbeitsprozesse... 387 6.2.1 Strömungsprozesse... 387 6.2.2 AdiabateDüsenundDiffusoren... 394 6.2.3 Querschnittsflächen adiabater Düsen und Diffusoren.. 397 6.2.4 AdiabateTurbinenundVerdichter... 401 6.2.5 NichtadiabateVerdichtung... 408 6.3 Wärmeübertrager...................................... 411 6.3.1 Die Anwendung des 1. Hauptsatzes................. 411 6.3.2 Die Temperaturen der beiden Fluidströme........... 415 6.3.3 Der Exergieverlust eines Wärmeübertragers.......... 418 6.4 Thermische Stofftrennprozesse........................... 420 6.4.1 Trocknen... 420

Inhaltsverzeichnis XIII 6.4.2 VerdampfenundEindampfen... 427 6.4.3 Destillieren und Rektifizieren...................... 430 6.4.4 Absorbieren... 436 7 Verbrennungsprozesse und Verbrennungskraftanlagen... 443 7.1 Mengenberechnung bei vollständiger Verbrennung.......... 443 7.1.1 Brennstoffe und Verbrennungsgleichungen........... 444 7.1.2 Mindestluftmenge, Luftverhältnis und Verbrennungsgas 446 7.1.3 Brennstoffe mit bekannter Elementaranalyse......... 449 7.1.4 Brennstoffe mit bekannter chemischer Zusammensetzung453 7.2 EnergetikderVerbrennungsprozesse... 457 7.2.1 Die Anwendung des 1. Hauptsatzes................. 457 7.2.2 HeizwertundBrennwert... 464 7.2.3 AbgasverlustundKesselwirkungsgrad... 468 7.2.4 Die Nutzung der Wasserdampf-Teilkondensation in Brennwertkesseln... 471 7.2.5 DieadiabateVerbrennungstemperatur... 478 7.2.6 DieExergiederBrennstoffe... 480 7.2.7 Der Exergieverlust der adiabaten Verbrennung....... 484 7.3 Verbrennungskraftanlagen............................... 487 7.3.1 LeistungsbilanzundWirkungsgrad... 487 7.3.2 DieeinfacheGasturbinenanlage... 489 7.3.3 Die genauere Berechnung des Gasturbinenprozesses... 494 7.3.4 Die Gasturbine als Flugzeugantrieb................. 500 7.3.5 Verbrennungsmotoren... 504 7.3.6 DieBrennstoffzelle... 508 7.3.7 Brennstoffzellen-Systeme... 517 8 Thermodynamik der Wärmekraftanlagen... 523 8.1 Die Umwandlung von Primärenergie in Nutzenergie......... 523 8.1.1 Übersicht über die Umwandlungsverfahren........... 527 8.1.2 ThermischeKraftwerke... 530 8.1.3 Kraftwerkswirkungsgrade... 532 8.1.4 Kreisprozesse für Wärmekraftmaschinen............. 535 8.2 Dampfkraftwerke... 541 8.2.1 DieeinfacheDampfkraftanlage... 541 8.2.2 Zwischenüberhitzung... 548 8.2.3 Regenerative Speisewasser- und Luftvorwärmung..... 550 8.2.4 DasmoderneDampfkraftwerk... 553 8.2.5 KombinierteGas-Dampf-Kraftwerke... 555 8.2.6 Kernkraftwerke... 558 8.3 Die CO 2 -Emissionen der Stromerzeugung.................. 560 8.3.1 Die Berechnung der CO 2 -Emission... 561 8.3.2 Ergebnisse... 564

XIV Inhaltsverzeichnis 9 Thermodynamik des Heizens und Kühlens... 569 9.1 Thermodynamische Grundlagen des Heizens und des Kühlens 569 9.1.1 Die Grundaufgabe der Heiztechnik undderkältetechnik... 569 9.1.2 WärmepumpeundKältemaschine... 572 9.1.3 Wärmetransformation... 576 9.2 Heizsysteme... 579 9.2.1 Heizzahl und exergetischer Wirkungsgrad............ 579 9.2.2 KonventionelleHeizsysteme... 582 9.2.3 Wärmepumpen-Heizsysteme... 584 9.2.4 Kraft-Wärme-Kopplung. Heizkraftwerke............. 586 9.3 EinigeVerfahrenzurKälteerzeugung... 590 9.3.1 Kompressionskältemaschinen... 592 9.3.2 Absorptionskältemaschinen... 597 9.3.3 Kältemittel...................................... 602 9.3.4 Das Linde-Verfahren zur Luftverflüssigung........... 605 10 Mengenmaße, Einheiten, Stoffdaten... 609 10.1 Mengenmaße... 609 10.1.1 MasseundGewicht... 609 10.1.2 TeilchenzahlundStoffmenge... 610 10.1.3 DasNormvolumen... 612 10.2 Einheiten... 613 10.2.1 Die Einheiten des Internationalen Einheitensystems... 613 10.2.2 Einheiten anderer Einheitensysteme. Umrechnungsfaktoren... 616 10.3 Stoffdaten... 618 10.3.1 AllgemeineDaten... 618 10.3.2 Berechnungsgleichungen für Enthalpie und Entropie vonluftundverbrennungsgasen... 620 10.3.3 Tabellen der mittleren spezifischen Wärmekapazität und der spezifischen Entropie beim Standarddruck.... 624 10.3.4 AusderDampftafelfürWasser... 627 10.3.5 Heizwerte, Brennwerte und Brennstoff-Exergien...... 628 Literatur... 631 Index... 651