Reimann M. Thermodynamik mit Mathcad

Oldenbourg Wissenschaftsverlag GmbH., 2010. 518 p. — ISBN: 978-3-486-59085-2 — GermanDie Thermodynamik weist viele Problemstellungen auf, die nur in einem idealisierten Zustand einfach berechnet und dargestellt werden können. Üblicherweise machen realistische und technische Betrachtungen die Benutzung einer entsprechenden Software hierzu nötig. In diesem Lehrbuch werden erstmals die grundlegenden Lerninhalte der Thermodynamik vorgestellt und sofort durch Beispiele begleitet, die mit der dafür geeigneten mathematisch-technischen Software Mathcad gerechnet und dargestellt werden. Diese Beispiele werden als Zusatzmaterial zum Download angeboten. Die Themen reichen von einfachen thermodynamischen Systemen bis zur Analyse komplizierter Kraftwerksprozesse.Inhalt
orwort
EinleitungGrundbegriffe
Das thermodynamische System
Zustandsgrößen und Prozessgrößen
Auswirkungen von Prozessgrößen auf den Systemzustand
Thermische Zustandsgrößen und Zustandsgleichungen
olumen und Volumenstrom
Druck
Temperatur
Thermische Zustandsgleichungen
Kalorische Zustandsgrößen und Zustandsgleichungen
Innere Energie und Enthalpie
Kalorische Zustandsgleichungen
Prozessgrößen
Arbeit
Energietransport durch Massen- oder Stoffströme
WärmestromErhaltungssätze für Masse, Impuls und Energie
Treibende Gefälle
Allgemeine Formulierung der Erhaltungssätze
Beeinflussung des Systems
Massenerhaltung
Impulserhaltung
Energieerhaltung: Der Erste Hauptsatz
Sonderfälle der Erhaltungssätze
Geschlossene Systeme
Stationäre Systeme
Aufspaltung von kalorischen Energiedifferenzen in reversible Arbeit und DissipationDer Zweite Hauptsatz der Thermodynamik
Phänomenologische Annäherung: Irreversible und reversible Vorgänge
Vollkommen irreversible Vorgänge
Reversible Vorgänge
Zusammenfassende Bemerkung
Entropie, freie Energie und freie Enthalpie
Reversible Prozessführung im System Zylinder/Kolben
Adiabate Kompression/Expansion mit Reibung
Die Entropie als Zustandsgröße
Kompression/Expansion mit Wärmeaustausch mit der Umgebung
Definitionen der freien Energie und der freien Enthalpie
Entropie im verallgemeinerten, offenen System
Innere und äußere Einwirkungen bei instationären Strömungen
Entropiestrombilanz für allgemeine, offene Systeme
Zustandsgleichungen der Entropie
Entropiegleichungen für ein allgemeines Fluid
Entropiegleichungen des idealen Gases
Entropiegleichung des inkompressiblen Fluids und Festkörpers
Das T,s-Diagramm
Die Anwendung der Entropiestrombilanz auf verschiedene Systeme
Irreversibilität von instationären Vorgängen
Irreversibilität in geschlossenen Systemen
Irreversibilität in stationären Systemen
Exergie und Anergie
Einführende Bemerkungen
Exergie im Zylinder/Kolben-System
Exergie im durchströmten, stationären System
Das Sankey-Diagramm und das Exergie-Anergie-Flussbild
Exergie und Exergieverluste im allgemeinen instationären System
Wärmeübertrager
Allgemeine Eigenschaften
Gleichstrom-Rekuperator
Gegenstrom-Rekuperator
Wärmeübertrager mit Ri =
Irreversibilität in Wärmeübertragern
Der Carnot-Prozess
Allgemeine Bemerkungen zu Kreisprozessen
Der reversible Kreisprozess oder Carnot-Prozess
Historischer Exkurs: Der Ursprung des Zweiten HauptsatzesZustandsänderungen idealer Gase
Voraussetzungen
Einfache Zustandsänderungen idealer Gase mit cp = const
Die Isobare p = const. nach der einfachen Theorie
Die Isochore v = const. nach der einfachen Theorie
Die Isotherme T = const. nach der einfachen Theorie
Die Isentrope s = const. nach der einfachen Theorie
Die Polytrope n = const. nach der einfachen Theorie
Darstellung von Zustandsänderungen im p,V- und im T,s-Diagramm
Zustandsänderungen idealer Gase mit cp = cp(T)
Isobare p = const. nach der erweiterten Theorie
Isochore v = const. nach der erweiterten Theorie
Isotherme T = const. nach der erweiterten Theorie
Isentrope s = const. nach der erweiterten Theorie
Polytrope ν = const. nach der erweiterten Theorie
Zustandsänderungen mit dissipativen Vorgängen
Reibungsvorgänge im Zylinder/Kolben-System
Dissipation in einfach durchströmten Systemen
Strömungen in Düsen und Diffusoren
Schallgeschwindigkeit und Machzahl
Energieerhaltung in Düsen und Diffusoren
Durchströmung von konvergenten Düsen
Überschallströmungen in Laval-Düsen
Reale Durchströmung von Düsen und Diffusoren
Düsen und Diffusoren mit Reibung nach der erweiterten TheorieKreisprozesse mit idealen Gasen
Offene und geschlossene Prozesse
Vergleichsprozesse für die Gasturbinenanlage: Der Joule-Prozess
Der einfache Joule-Prozess
Thermodynamische Verbesserung des Joule-Prozesses
Das Strahltriebwerk
Innere und äußere Verluste beim Gasturbinenprozess
Umkehrung des Joule-Prozesses: Die Kaltgas-Kältemaschine
Der Gasturbinenprozess mit cp = cp(T)
Vergleichsprozesse für Stirling-Maschinen
Der Stirling-Motor
Die Stirling-Kaltgas-Kältemaschine
Vergleichsprozesse für Verbrennungsmotoren
Allgemeine Bemerkungen
Der Gleichraumprozess
Der Gleichdruckprozess
Der Seiliger-Prozess
Zusammenfassende Diskussion der Vergleichsprozesse
Innerer und äußerer Wirkungsgrad des realen VerbrennungsmotorsReale Fluide mit Phasenwechsel
Der Realgasfaktor
Experimenteller Befund der Verflüssigung, weitere Phasenwechsel
Latente Wärme des Phasenwechsels, Gleichung von Clausius-Clapeyron
Van-der-Waals-Zustandsgleichung
Thermodynamisch konsistente, kanonische Zustandsgleichungen
Abgrenzung des Zweiphasengebiets, Maxwell-Kriterium
Programme zur Berechnung von Zustandsgrößen
Die Zustandsgleichung IAPWS-IF97 für Wasser und Wasserdampf
Das Programmpaket CoolPack für Kältemittel
Zustände und einfache Zustandsänderungen im Zweiphasengebiet
Dampfgehalt
Die Isobare p = const. im Nassdampfgebiet
Die Isotherme T = const. im einphasigen Gebiet
Die Isochore v = const. im Nassdampfgebiet
Die Isentrope s = const. im Nassdampfgebiet
Die Isenthalpe h = constKreisprozesse mit Dämpfen
Der einfache Clausius-Rankine-Prozess
Verbesserung des Clausius-Rankine-Prozesses
Zwischenüberhitzung
Regenerative Speisewasservorwärmung
Kälteprozesse
Der einfache Kaltdampfprozess
Verbesserungen des Kaltdampfprozesses
Der Linde-Prozess zur LuftverflüssigungFeuchte Luft
Bezeichnungen und Definitionen
Die Dichte feuchter Luft
Das h,x-Diagramm
Zustandsänderungen feuchter Luft
Lufttrocknung
Mischvorgänge
Wechselwirkung zwischen einer Wasseroberfläche und feuchter LuftTechnische Verbrennung
Allgemeine Bemerkungen
Stoffmengenberechnungen bei Verbrennungsvorgängen
Gasförmige Brennstoffe
Flüssige und feste Brennstoffe
Energieumwandlung bei Verbrennungsprozessen
Heizwert und Brennwert
Reaktions- und Bildungsenthalpien
Energiebilanzen
Prozesse mit innerer Verbrennung
Entropieproduktion und Exergie bei Verbrennungsprozessen
Chemisches Potential, Affinität und Entropieproduktion
Reversible chemische Reaktionen
Brennstoffzellen
Exergieverlust bei der adiabaten VerbrennungAnhang
Thermodynamische Basisdaten für chemische Reaktionen
Koeffizientenmatrix für ideale Gase
Erste Schritte mit Mathcad
Vorbemerkung
Grundlagen des Editierens und das Arbeiten mit Einheiten
Grundlagen für das Arbeiten mit Matrizen
Grundlagen bei der Erstellung von Programmblöcken
Erstellung von Diagrammen
Symbolische Entwicklungen
Bezug zu anderen Arbeitsblättern und Ausblenden von Regionen
Einfügen von externen Daten
Lehrbücher der Thermodynamik
Nachweise