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Über dieses Buch

Das Buch vermittelt die Grundlagen der Technischen Thermodynamik anhand zahlreicher praktischer Beispiele. Es überzeugt durch die klare und strukturierte Darstellung und durch seine didaktische Orientierung an großen amerikanischen Lehrbüchern. Die Studierenden lernen,
- technische Prozesse anhand von Idealprozessen zu begreifen und anschließend die Belange realer Prozesse zu berücksichtigen
- thermodynamische Prozesse und Maschinen zu verstehen und analytisch zu behandeln
- Bilanzgleichungen der Erhaltungsgrößen Masse und Energie auf technische Probleme anzuwenden
- mit thermodynamischen Diagrammen umzugehen.
Die 2. Auflage wurde grundlegend neu bearbeitet und erweitert. Neu hinzugekommen ist ein Kapitel zur Anwendung bei technischen Prozessen sowie die Behandlung der Adsorptionskältemaschine und –wärmepumpe, außerdem einige log p,h-Diagramme und Stoffwerttabellen.

Beispielberechnungen und Stoffwertprogramme für ideale Gase und Rauchgase unter Berücksichtigung der Dissoziation können im Internet herunter geladen werden.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einleitung und Definitionen

Zusammenfassung
Das Wort Thermodynamik setzt sich aus den griechischen Begriffen therme (Wärme) und dynamis (Kraft) zusammen. Thermodynamik ist ein Teilgebiet der Wärmelehre und befasst sich mit der Umwandlung verschiedener Energieformen, bei der die Energieform Wärme eingeschlossen ist.
Peter von Böckh, Matthias Stripf

2. Eigenschaften der Stoffe

Zusammenfassung
Die Transfers von Energien und Massen zu oder von einem System können durch die Eigenschaft seiner Grenzen beschrieben werden, nicht aber die Änderung seiner Eigenschaften angeben. In der technischen Thermodynamik können wir uns zur Festlegung des Zustands auf makroskopisch erfassbare Eigenschaften beschränken und dadurch mit einigen wenigen Parametern die Eigenschaften eines Systems beschreiben. Diese Parameter, die das Verhalten des Systems makroskopisch definieren, sind die Zustandsgrößen.
Peter von Böckh, Matthias Stripf

3. Erster Hauptsatz der Thermodynamik

Zusammenfassung
Der erste Hauptsatz der Thermodynamik ist ein allgemein gültiger Energieerhaltungssatz. Um die Energieerhaltungssätze für geschlossene und offene Systeme formulieren zu können, muss man zunächst die benötigten Energiearten auflisten und besprechen.
Peter von Böckh, Matthias Stripf

4. Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

Zusammenfassung
Mit dem ersten Hauptsatz können Energieumwandlungen nur unvollständig analysiert werden. Ein Beispiel dafür ist, dass gemäß Energiebilanz Wärme ohne ir-gendein Hilfsmittel von einem kälteren zu einem wärmeren Körper transferiert werden könnte. Ein solches Verhalten widerspricht jedoch der Erfahrung, d. h., es wurde noch nie beobachtet. Nach dem ersten Hauptsatz könnte man Wärme vollständig in mechanische Arbeit umwandeln, was, wie die Erfahrung zeigt, wiederum unmöglich ist. Um die Richtung thermodynamischer Prozesse und die Quantität umwandelbarer Anteile von Energien zu bestimmen, benötigt man den zweiten Hauptsatz. Neben den allgemein gültigen Formulierungen des zweiten Hauptsatzes wird zur mathematischen Beschreibung die Zustandsgröße Entropie eingeführt.
Peter von Böckh, Matthias Stripf

5. Energie, Exergie und Anergie

Zusammenfassung
Angesichts der heutigen Umweltprobleme muss die Wichtigkeit optimaler Nutzung vorhandener, nicht erneuerbarer Energieträger (Öl, Erdgas, Kohle und Uran) nicht explizit betont werden. Die Exergieanalyse ist, wie die im Kap. 4 vorgestellte Entropiebilanzierung, ein ausgezeichnetes Werkzeug bei der Entwicklung von Systemen mit effizienterer Nutzung der Energieressourcen, da sie die Gründe und auch die wirkliche Größe thermodynamischer Verluste genau aufzeigen kann. Mit den Ergebnissen der Analyse werden thermodynamische Systeme mit besseren Wirkungsgraden verwirklicht und Möglichkeiten gezeigt, wie die Wirkungsgrade ineffizienter Systeme verbessert werden können. Die Exergieanalyse liefert thermodynamisch die gleichen Ergebnisse wie die Entropiebilanz, jedoch in einer anschaulicheren Darstellung.
Peter von Böckh, Matthias Stripf

6. Anwendung bei technischen Prozessen

Zusammenfassung
Bei technischen Problemen sind die wirklichen Zustandsänderungen meist so komplex, dass eine exakte thermodynamische Analyse nur mit aufwändigen Computerprogrammen möglich ist. Die Beschreibung solcher Programme würde den Rahmen dieses Lehrbuches sprengen. Um grundlegende Aussagen über Einflussgrößen machen zu können, sind oft vereinfachte Analysen ausreichend. Hier werden einige einfache, idealisierte Zustandsänderungen besprochen, die bei der Analyse technischer Prozesse anwendbar sind. In den Kap. 7 bis 10 folgt dann eine ausführlichere Behandlung der wichtigsten technischen Prozesse.
Peter von Böckh, Matthias Stripf

7. Dampfturbinenprozesse

Zusammenfassung
Eine Dampfturbinenanlage wandelt Primärenergie in nutzbare mechanische Arbeit bzw. elektrische Energie um. Weltweit werden über 80 % der elektrischen Energie mit Dampfturbinenanlagen erzeugt. Die dem Prozess zugeführte Wärme stammt aus verschiedenen Quellen: Aus der Energie der festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffe, nuklearer Reaktorwärme, Müllverbrennung, Abwärme aus industriellen Prozessen oder Gasturbinen, geothermischer und solarer Wärme.
Peter von Böckh, Matthias Stripf

8. Gasturbinen- und Gasmotorenprozesse

Zusammenfassung
In Gasprozessen werden die Kraftmaschinen zusammengefasst, bei denen das Arbeitsmittel während des gesamten Prozesses gasförmig bleibt. Kältemaschinen- und Wärmepumpen-Gasprozesse werden im Kap. 9 besprochen.
Peter von Böckh, Matthias Stripf

9. Kältemaschinen- und Wärmepumpenprozesse

Zusammenfassung
Kältemaschinen werden im Haushalt, in Brauereien, in der Lebensmittelindustrie, bei Kühltransporten und in Klimaanlagen eingesetzt. Eine weitere Anwendung ist die Tieftemperaturtechnik zur Luftzerlegung und Gewinnung von Flüssiggasen.
Als umweltfreundliche Heizungsalternative erfreuen sich Wärmepumpen zunehmender Beliebtheit. Besonders dort, wo der Kälte- und Heizbedarf bei niedrigen Temperaturen gleichzeitig vorhanden ist, bietet sich der Einsatz einer kombinierten Kälteanlage/Wärmepumpe als energetisch sinnvolle Lösung an.
Peter von Böckh, Matthias Stripf

10. Feuchte Luft

Zusammenfassung
Die Luft enthält praktisch immer einen gewissen Anteil an Wasser, entweder als Gas (Wasserdampf) oder in Form von Nebeltröpfchen oder Eiskristallen. Wegen möglicher Phasenänderungen ist feuchte Luft mit oder ohne Nebeltropfen oder Eiskristallen ein Gemisch besonderer Eigenschaften. Sind alle Komponenten gasförmig, wird die Mischung als ideales Gas behandelt.
Peter von Böckh, Matthias Stripf

11. Verbrennungsprozesse

Zusammenfassung
Den größten Teil der heute genutzten Primärenergien erhalten wir in Form von Brennstoffen, von denen fossile den größten Anteil haben. Die bei der Verbrennung entstehende Wärme wurde bisher als zugeführte Wärme behandelt. Dieses Kapitel behandelt die chemischen Bilanzgleichungen der Verbrennung, die Berechnung der Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte und deren thermodynamische Eigenschaften.
Peter von Böckh, Matthias Stripf

12. Berechnung von Stoffeigenschaften

Zusammenfassung
Für die Berechnung von Beispielen oder Prozessen benötigt man die Stoffwerte, die sich während eines Prozesses verändern können. Viele Stoffwerte sind im Buch angegeben. Im Kap. 2.6.2 sind Literaturhinweise zu Stoffwertprogrammen und Tabellen aufgelistet.
Peter von Böckh, Matthias Stripf

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