Grundlagen der Technischen Thermodynamik

1 Thermodynamische Grundbegriffe.- 1.1 Anwendungsgebiete der Thermodynamik.- 1.2 System.- 1.3 Zustand, Zustandsgrößen, Zustandsänderungen.- 1.4 Prozeß, Prozeßgrößen.- 2 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik.- 2.1 Das Prinzip von der Erhaltung der Energie.- 2.2 Potentielle Energie.- 2.3 Kinetische Energie.- 2.4 Arbeit.- 2.4.1 Volumenänderungsarbeit.- 2.4.2 Kupplungsarbeit.- 2.4.3 Verschiebearbeit.- 2.4.4 Druckänderungsarbeit.- 2.4.5 Reibungsarbeit.- 2.5 Thermische Energie.- 2.5.1 Innere Energie.- 2.5.2 Wärme.- 2.5.3 Enthalpie.- 2.6 Energiebilanzen.- 2.6.1 Energiebilanz für das geschlossene System.- 2.6.2 Energiebilanz für das offene System.- 2.7 Wärmekapazität.- 2.7.1 Spezifische Wärmekapazität.- 2.7.2 Die spezifische Wärmekapazität der Gase.- 3 Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik.- 3.1 Die Aussage des zweiten Hauptsatzes.- 3.1.1 Reversible und irreversible Prozesse.- 3.1.2 Quasistatische Zustandsänderungen.- 3.2 Irreversible Vorgänge.- 3.2.1 Reibung.- 3.2.2 Temperatur ausgleich.- 3.2.3 Druckausgleich.- 3.2.4 Drosselung.- 3.3 Entropie.- 3.3.1 Reversible Ersatzprozesse adiabater Prozesse.- 3.3.2 Die Berechnung der Entropieänderung.- 3.3.3 Die Entropie als Zustandsgröße, totales Differential.- 3.4 Die Entropieänderung der irreversiblen Vorgänge.- 3.4.1 Reibung.- 3.4.2 Temperaturausgleich.- 3.4.3 Druckausgleich.- 3.4.4 Drosselung.- 3.5 Nichtadiabater Prozeß und reversibler Ersatzprozeß.- 3.5.1 Isentrope.- 3.5.2 Entropiediagramme.- 3.5.3 Kreisintegral, thermodynamische Temperatur.- 3.5.4 Dissipative Energie.- 4 Ideale Gase.- 4.1 Thermische Zustandsgieichung.- 4.1.1 Gesetz von Boyle und Mariotte.- 4.1.2 Gesetz von Gay-Lussac.- 4.1.3 Physikalischer Normzustand.- 4.1.4 Gasthermometer.- 4.1.5 Gaskonstante.- 4.1.6 Allgemeine Gaskonstante.- 4.2 Kalorische Zustandsgrößen der idealen Gase.- 4.2.1 Innere Energie.- 4.2.2 Enthalpie.- 4.2.3 Entropie.- 4.3 Zustandsänderungen.- 4.3.1 Isochore.- 4.3.2 Isobare.- 4.3.3 Isotherme.- 4.3.4 Isentrope.- 4.3.5 Polytrope.- 4.3.6 Zustandsänderungen mit veränderlicher Masse.- 4.4 Thermische Energie und Arbeit im T, s-Diagramm.- 4.5 Gasmischungen.- 4.5.1 Der Mischungsvorgang im abgeschlossenen System.- 4.5.2 Mischung bei unverändertem Gesamtvolumen.- 4.5.3 Mischung ohne Temperaturänderung bei unverändertem Gesamtvolumen.- 4.5.4 Der Mischungsvorgang im offenen System.- 5 Reale Gase und Dämpfe.- 5.1 Eigenschaften der Dämpfe.- 5.1.1 Phasenübergänge.- 5.1.2 Zweiphasengebiete.- 5.1.3 Sieden und Kondensieren.- 5.1.4 Verdunsten und Tauen.- 5.1.5 Flüssigkeit.- 5.1.6 Naßdampf.- 5.1.7 Überhitzter Dampf.- 5.2 Zustandsdiagramme.- 5.2.1 Die p, v, T-Fläche.- 5.2.2 Das T, s-Diagramm.- 5.2.3 Das h, s-Diagramm.- 5.3 Thermische Zustandsgieichungen.- 5.3.1 Die van der Waalssche Gleichung.- 5.3.2 Die Grenzkurve und die Maxwell-Beziehung.- 5.3.3 Die reduzierte van der Waalssche Gleichung.- 5.3.4 Verschiedene Ansätze.- 5.3.5 Virialko effizient en.- 5.4 Dampftafeln.- 5.4.1 Die kalorischen Zustandsgrößen.- 5.4.2 Die spezifischen Wärmekapazitäten cp und cv.- 5.4.3 Der Isentropenexponent und der Isothermenexponent.- 5.4.4 Die Clausius-Clapeyronsche Gleichung.- 5.4.5 Freie Energie und freie Enthalpie.- 5.4.6 Der Joule-Thomson-Effekt.- 6 Thermische Maschinen.- 6.1 Einteilung und Arten der Maschinen.- 6.1.1 Unterteilung nach der Richtung der Energieumwandlung.- 6.1.2 Unterteilung nach der Bauart der Maschinen.- 6.1.3 Unterteilung nach der Art des ablaufenden Prozesses.- 6.2 Ideale Maschinen.- 6.2.1 Verdichtung und Entspannung in idealen Maschinen.- 6.2.2 Mehrstufige Verdichtung und Entspannung.- 6.2.3 Die Energiebilanz für Strömungsmaschinen.- 6.2.4 Die Energiebilanz für Verdrängermaschinen.- 6.3 Energiebilanzen für wirkliche Maschinen.- 6.3.1 Innere oder indizierte Arbeit.- 6.3.2 Totalarbeit.- 6.3.3 Totalenthalpie.- 6.4 Wirkliche Maschinen.- 6.4.1 Der ungekühlte Verdichter.- 6.4.2 Der gekühlte Verdichter.- 6.4.3 Kolbenverdichter.- 6.4.4 Turboverdichter.- 6.4.5 Gas- und Dampfturbinen.- 6.5 Wirkungsgrade.- 6.5.1 Vergleichsprozesse.- 6.5.2 Der innere Wirkungsgrad.- 6.5.3 Der mechanische Wirkungsgrad.- 6.5.4 Der Gesamtwirkungsgrad.- 6.5.5 Der isentrope Wirkungsgrad.- 6.5.6 Der isotherme Wirkungsgrad.- 6.5.7 Der polytrope Wirkungsgrad.- 7 Kreisprozesse.- 7.1 Kreisprozeßarbeit, Wärmezufuhr und Wärmeabgabe.- 7.2 Rechts- und linksläufige Kreisprozesse.- 7.3 Die Theorie der rechtsläufigen Kreisprozesse.- 7.3.1 Umwandlung von thermischer in mechanische Energie.- 7.3.2 Der thermische Wirkungsgrad.- 7.3.3 Der rechtsläufige Carnot-Prozeß.- 7.3.4 Die Auswirkung irreversibler Vorgänge.- 7.3.5 Der Carnot-Faktor.- 7.4 Technisch genutzte rechtsläufige Kreisprozesse.- 7.4.1 Seiliger-Prozeß.- 7.4.2 Joule-Prozeß.- 7.4.3 Ericsson-Prozeß.- 7.4.4 Clausius-Rankine-Prozeß.- 7.5 Linksläufige Kreisprozesse.- 7.5.1 Leistungszahl.- 7.5.2 Der linksläufige Carnot-Prozeß.- 7.5.3 Der linksläufige Joule-Prozeß.- 7.5.4 Der Kompressor-Kaltdampfprozeß.- 8 Exergie.- 8.1 Energie und Exergie.- 8.1.1 Die Exergie der Wärme.- 8.1.2 Die Exergie der Volumenänderungsarbeit.- 8.1.3 Die Exergie der Verschiebearbeit.- 8.1.4 Die Exergie der Druckänderungsarbeit.- 8.1.5 Die Exergie der inneren Energie.- 8.1.6 Die Exergie der Enthalpie.- 8.2 Exergie und Anergie.- 8.2.1 Die Anergie im p, V-Diagramm und im T, S-Diagramm.- 8.2.2 Anergiefreie Energien.- 8.3 Exergieverlust.- 8.3.1 Irreversibilität und Exergieverlust.- 8.3.2 Exergieverlust und Anergiegewinn.- 8.3.3 Exergetische Wirkungsgrade.- Lösungen der Aufgaben.- Tafeln.- Literatur.