Skip to main content
Top

2016 | Book

Thermodynamik

Grundlagen und technische Anwendungen

Authors: Hans Dieter Baehr, Stephan Kabelac

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

insite
SEARCH

About this book

Dieses etablierte Lehrbuch der Technischen Thermodynamik liegt, nach grundlegender Überarbeitung, in der 16. Auflage vor. Es bietet eine gründliche Einführung in die Thermodynamik und ihre technischen Anwendungen in der Energie- und Verfahrenstechnik.

Der Schwerpunkt dieses Lehrbuchs liegt in der verständlichen Darstellung der durch den ersten und zweiten Hauptsatz der Thermodynamik gegebenen Grundlagen. Die hierauf aufbauenden Energie- und Entropiebilanzgleichungen ermöglichen die energetische und exergetische Analyse von Prozessen und Zustandsänderungen. Daher sind Energie und Entropie zentrale Begriffe der Thermodynamik, die in den ersten Kapiteln des Buches ausführlich eingeführt werden.

In einem zweiten Schwerpunkt des Lehrbuchs werden die Beziehungen, welche die Energie- und Entropiewerte aus messbaren Zustandsgrößen wie Druck und Temperatur zugänglich machen, eingehend erläutert.

Ein dritter Schwerpunkt ist den thermodynamischen Aspekten wichtiger energie- und verfahrenstechnischer Anwendungen gewidmet. Praxisnah werden Strömungsprozesse, thermische Stofftrennverfahren, Verbrennungsprozesse und Verbrennungskraftanlagen wie z.B. Gasturbinenanlagen, Brennstoffzellen, thermische Kraftwerke, Kälteanlagen und Wärmepumpen behandelt.

Table of Contents

Frontmatter
Chapter 1. Allgemeine Grundlagen
Zusammenfassung
Am Anfang dieses einführenden Kapitels steht die Frage, mit welchen Bereichen der Natur- und Technikwissenschaften sich die Thermodynamik beschäftigt und welches ingenieurwissenschaftliche Aufgabenspektrum sie bedient. Nach einem kurzen Rückblick auf die historische Entwicklung der Thermodynamik, also ihrem mühsamen Weg von der einfachen Beobachtung von Abläufen hin zu sehr allgemeingültigen und entsprechend abstrakten grundlegenden Zusammenhängen, werden unterschiedliche Ausprägungen vorgestellt, die sich neben der hier behandelten klassischen technischen Thermodynamik entwickelt haben. In den darauffolgenden Abschnitten werden Grundbegriffe eingeführt, die zu jeder thermodynamischen Analyse benötigt werden.
Hans Dieter Baehr, Stephan Kabelac
Chapter 2. Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik
Zusammenfassung
Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik bringt das Prinzip von der Erhaltung der Energie zum Ausdruck und überführt diese grundlegende physikalische Erkenntnis durch die Energiebilanzgleichung in ein wichtiges Arbeitswerkzeug der Ingenieurwissenschaften. Das präzise Herausarbeiten der physikalischen Größe Energie in ihren unterschiedlichen Erscheinungsformen und deren Berechnung ist die zentrale Aufgabe der Thermodynamik, die sich, wie im 1. Kapitel dargestellt, als eine ‚allgemeine Energielehre‘ versteht. Energie tritt in verschiedenen Erscheinungsformen auf, die der 1.
Hans Dieter Baehr, Stephan Kabelac
Chapter 3. Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik
Zusammenfassung
Analog zur Zustandsgröße Energie, die auf Basis der Postulate des 1. Hauptsatzes eingeführt wurde, wird durch die Postulate des 2. Hauptsatzes die Existenz der Zustandsgröße Entropie begründet. Die Entropie ermöglicht quantitative Aussagen über die Ausführbarkeit von Prozessen und den Ablauf von Ausgleichsvorgängen. Der 2. Hauptsatz wurde in Abschnitt 1.4 allgemein als Prinzip der Irreversibilität formuliert.
Hans Dieter Baehr, Stephan Kabelac
Chapter 4. Die thermodynamischen Eigenschaften reiner Fluide
Zusammenfassung
Die für die Thermodynamik zentralen Größen Energie E und Entropie S, wie sie im zweiten bzw. dritten Kapitel eingeführt wurden, sind einer direkten Messung nicht zugänglich. Sie müssen über Zustandsgleichungen berechnet werden, die messbare Zustandsgrößen wie Temperatur, Druck, Volumen und Schallgeschwindigkeit mit den gesuchten Zustandsgrößen E und S verknüpfen. Diese Zustandsgleichungen sind stoffspezifisch, sie müssen durch Messungen bestimmt werden, weil man nur in wenigen Fällen über zutreffende, molekulartheoretisch begründete Stoffmodelle verfügt, aus denen sich Zustandsgleichungen herleiten lassen, vgl. hierzu [4.1].
Hans Dieter Baehr, Stephan Kabelac
Chapter 5. Gemische und chemische Reaktionen
Zusammenfassung
In den meisten Anwendungen der Thermodynamik treten keine reinen Stoffe auf, sondern Gemische aus mehreren Stoffen. Dies ist zum einen in der Verfahrenstechnik der Fall, wo beispielsweise die Zerlegung von Gemischen in ihre reinen Komponenten eine große Rolle spielt. Zum anderen ist es die Natur selbst, in welcher eine nennenswerte Menge eines Reinstoffes eine absolute Ausnahme darstellt.
Hans Dieter Baehr, Stephan Kabelac
Chapter 6. Stationäre Fließprozesse
Zusammenfassung
Die Anlagen zur Energie- und Stoffumwandlung in der Energie- und Verfahrenstechnik bestehen aus einzelnen, untereinander durch Fluidströme verbundenen Apparaten. Bei der thermodynamischen Analyse zur Berechnung der zur Wandlung notwendigen Energie- und/oder Stoffströme wird sowohl die Anlage als Ganzes, aber auch der einzelne Apparat bilanziert. In der Regel werden hierbei im ersten Schritt einer Berechnung stationäre Prozesse betrachtet, sodass die einzelnen Apparate als offenes System im stationären Zustand in einem Kontrollraum eingeschlossen werden.
Hans Dieter Baehr, Stephan Kabelac
Chapter 7. Verbrennungsprozesse und Verbrennungskraftmaschinen
Zusammenfassung
Die Verbrennung spielt bei der Bereitstellung von Nutzenergie aus den zur Verfügung stehenden Primärenergien eine zentrale Rolle. In Kapitel 2 wurde deutlich, dass im Rahmen des 1. Hauptsatzes Energie nicht erzeugt und nicht vernichtet werden kann.
Hans Dieter Baehr, Stephan Kabelac
Chapter 8. Thermodynamik der Wärmekraftanlagen
Zusammenfassung
Elektrische Energie ist eine zunehmend wichtige Form von Nutzenergie. Der Bedarf an elektrischer Energie in Deutschland erfährt in den letzten Jahren eine leichte, aber wichtige Zunahme um ca. 1% pro Jahr, im Jahr 2015 wurden 651 . 109 kWh dieser Energieform erzeugt [8.1]. Bei der Stromerzeugung, wie die Bereitstellung elektrischer Energie umgangssprachlich genannt wird, spielen große thermische Kraftwerke nach wie vor die Hauptrolle, obwohl die dezentrale Erzeugung durch photovoltaische Anlagen, Windenergieanlagen und auch Gasmotoren im Kontext von Biogasanlagen deutlich steigende Anteile einnehmen, vgl. Abschnitt 8.1.
Hans Dieter Baehr, Stephan Kabelac
Chapter 9. Thermodynamik des Heizens und Kühlens
Zusammenfassung
Heizen und Kühlen sind Prozesse, die einem System Energie als Wärme zuführen oder entziehen, umseine von der Umgebungstemperatur abweichende Temperatur zu erhöhen, zu verringern oder auf einemkonstanten Wert zu halten. In diesem Kapitel werden zuerst die thermodynamischen Grundlagen des Heizens und Kühlens behandelt, umdann auf die Heizsysteme und einige Verfahren zur Kälteer zeugung einzugehen.
Hans Dieter Baehr, Stephan Kabelac
Chapter 10. Mengenmaße, Einheiten, Stoffdaten
Zusammenfassung
Allgemeingültige Aussagen werden in der Thermodynamik in der Regel unabhängig von der Größe des betrachteten Systems getroffen, also vorzugsweisemit intensiven Zustandsgrößen formuliert. Bei konkreten Rechnungen ist natürlich auch die jeweilige Größe des Systems von Bedeutung, so dass im Folgenden in Ergänzung zu Abschnitt 1.2.3 die quantitative Erfassung von Materie behandelt werden soll. Daran anschließend werden die in der Thermodynamik gebräuchlichen Einheiten zusammengestellt und schließlich Gleichungen und Tabellen für die thermodynamischen Eigenschaften einiger wichtiger Stoffe aufgeführt.
Hans Dieter Baehr, Stephan Kabelac
Backmatter
Metadata
Title
Thermodynamik
Authors
Hans Dieter Baehr
Stephan Kabelac
Copyright Year
2016
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-49568-1
Print ISBN
978-3-662-49567-4
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-49568-1

Premium Partners