Technische Wärmelehre - SDL
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<strong>Technische</strong> <strong>Wärmelehre</strong><br />
Prof. Dr.-Ing. habil. Hans Faltin<br />
Mitglied der Deutschen Akademie der Wissenschaften zu Berlin<br />
4. erweiterte Auflage<br />
244 Abbildungen, 23 Tabellen, 8 Tafeln<br />
sowie einer Beilage «Aufgabensammlung»<br />
Akademie-Verlag Berlin, 1961<br />
Inhalt<br />
I. Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1<br />
1. Gegenstand der technischen <strong>Wärmelehre</strong>. Das Wesen der Wärme . . . . . . . . . . . . . . 1<br />
2. Die thermodynamischen Zustandsgrössen und ihre Masseinheiten. . . . . . . . . . . . . . 3<br />
3. Das Wärmemass. Die spezifischen und die latenten Wärmen. . . . . . . . . . . . . . . . . 8<br />
4. Die allgemeine Form der Zustandsgleichung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13<br />
II. Thermodynamik der Gase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16<br />
A. Das Gasgesetz und der erste Hauptsatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16<br />
1. Die Zustandsgleichung der vollkommenen Gase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16<br />
2. Beziehungen zweier Gase zueinander . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22<br />
3. Gasmischungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24<br />
4. Die Herleitung des Gasgesetzes mit Hilfe der kinetischen Gastheorie . . . . . . . . . . . . . 28<br />
5. Zustandsänderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33<br />
6. Die besonderen Zustandsänderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45<br />
a) Die Zustandsänderung bei gleichbleibendem Volumen (Isochore) . . . . . . . . . . . . . . 45<br />
b) Die Zustandsänderung bei gleichbleibendem Druck (Isobare) . . . . . . . . . . . . . . . . 46<br />
c) Die Zustandsänderung bei gleichbleibender Temperatur (Isotherme). . . . . . . . . . . . . 47<br />
d) Die Zustandsänderung ohne Wärmezu- oder -abfuhr (Adiabate) . . . . . . . . . . . . . . . 48<br />
7. Die polytropen Zustandsänderungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51<br />
8. Anwendung der Gasgesetze auf den Kolbenverdichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57<br />
B. Der zweite Hauptsatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63<br />
1. Kreisprozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63<br />
2. Erörterung einiger technischer Kreisprozesse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76<br />
a) Der Luftmaschinenprozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77<br />
b) Der Gasmaschinenprozess (Ottoprozess) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79<br />
c) Der Dieselmotorprozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81<br />
d) Der geschlossene Gasturbinenprozess (Escher-Wyss-Prozess) . . . . . . . . . . . . . . . . 84<br />
3. Umkehrbare und nichtumkehrbare Vorgänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89<br />
4. Die Entropie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98<br />
5. Das Wärmeschaubild . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106<br />
a) Die Isochore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107<br />
b) Die Isobare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107<br />
1
c) Die Isotherme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108<br />
d) Die Adiabate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109<br />
6. Der reduzierte thermische Wirkungsgrad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113<br />
C. Die wirklichen Gase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116<br />
1. Die Kompressibilität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116<br />
2. Die Temperaturabhängigkeit der spezifischen Wärme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120<br />
3. Die mittlere spezifische Wärme und die spezifische Wärme von Gasmi schungen . . . . . . . 125<br />
4. Die Differenz der spezifischen Wärmen und der Adiabatenexponent . .. . . . . . . . . . . . 129<br />
5. Die spezifischen Wärmen der realen Gase und die kalorischen Gleichungen . . . . . . . . . 131<br />
6. Die Gleichungen der realen Gase und die Druckkorrektur der spezifischen Wärmen . . . . . 137<br />
III. Thermodynamik der Dämpfe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156<br />
1. Das Phasengleichgewicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157<br />
2. Die Gleichung von Clausius-Clapeyron und ihre Abwandlungen . . . . . . . . . . . . . . . . 160<br />
3. Der flüssige Zustand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165<br />
4. Der Nassdampfzustand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165<br />
a) Die Zustandsgleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165<br />
b) Die besonderen Zustandsänderungen im Nassdampfgebiet . . . . . . . . . . . . . . . . . 167<br />
5. Der Heissdampf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170<br />
a) Die Zustandsgleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170<br />
b) Die besonderen Zustandsänderungen im Heissdampfgebiet . . . . . . . . . . . . . . . . . 177<br />
6. Die Drosselung und ihre Anwendung auf die Gasverflüssigung . . . . . . . . . . . . . . . 181<br />
7. Die Kolbendampfmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188<br />
8. Die Kältemaschine und die Wärmepumpe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196<br />
9. Mischung von Gasen und Dämpfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202<br />
10. Gleichgewichte von Mehrstoffgemischen und ihre Anwehdung auf die Rek tifizierung . . . . 213<br />
a) Zusammensetzung von Mehrstoffgemischen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213<br />
b) Das Gleichgewicht vollkommen löslicher idealer Gemische. . . . . . . . . . . . . . . . . . 215<br />
c) Vollkommen lösliche, nicht ideale Gemische . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221<br />
d) Vollkommen unlösliche Gemische . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223<br />
e) Teilweise lösliche Gemische . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225<br />
f) Anwendung auf die Destillation und Rektifikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226<br />
IV. Thermodynamik der Vorgänge in strömenden Gasen und Dämpfen . . . . . . . . . . . . . 232<br />
1. Die Strömung durch Düsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232<br />
2. Die Berechnung der Durchflussmenge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239<br />
3. Der Einfluss des Druckverhältnisses auf die Gestalt der Düse. . . . . . . . . . . . . . . . . 241<br />
4. Das Verhalten der Düsen bei Änderung der Betriebsbedingungen . . . . . . . . . . . . . . 246<br />
5. Anwendung auf die Turbine und ihre Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250<br />
6. Anwendung auf die Rakete und den Luftstrahlantrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254<br />
V. Die Wärmeerzeugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264<br />
1. Der Heizwert. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265<br />
2. Der Zündvorgang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267<br />
a) Die Zündung fester Brennstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267<br />
b) Die Zündung flüssiger und gasförmiger Brennstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268<br />
2
3. Die zur Verbrennung erforderliehe Sauerstoffmenge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270<br />
4. Die Abgasmenge und ihre Zusammensetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276<br />
a) Bestimmung der Abgasmenge und Zusammensetzung aus der Brenn stoffanalyse . . . . . . 276<br />
b) Bestimmung der Luftbedarfszahl und der Abgasmenge aus der Abgas zusammensetzung . . 278<br />
c) Die unvollständige Verbrennung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281<br />
5. Die Verbrennungstemperatur und der Taupunkt der Verbrennungsgase . . . . . . . . . . . 285<br />
a) Die theoretische Verbrennungstemperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285<br />
b) Der Taupunkt der Abgase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286<br />
VI. Die Wärmeübertragung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288<br />
1. Die Wärmeleitung im Beharrungszustand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288<br />
2. Die zeitlich veränderliche Wärmeleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296<br />
a) Die Wärmeleitgleichung beim instationären Vorgang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296<br />
b) Anwendung der Fourier-Gleichung auf einige Aufgaben der Praxis . . . . . . . . . . . . . 298<br />
c) Graphisches Verfahren zur Berechnung beliebiger Wärmeströmungen<br />
in Wänden und Körpern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313<br />
3. Der Wärmeübergang durch Berührung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321<br />
4. Der Wärmeübergang durch Strahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348<br />
5. Der Wärmedurchgang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365<br />
6. Die mittlere Temperaturdifferenz bei Gleichstrom, Gegenstrom und Kreuz strom . . . . . . . 372<br />
7. Anwendung auf den Oberflächenkondensator und den Wärmetauscher . . . . . . . . . . . 381<br />
Anhang: Stoffwerte-und Formelsammlung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387<br />
Tafeln:<br />
Tafel 1a Stoffwerte technischer Gase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388<br />
Tafel 1b Stoffwerte technischer Flüssigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390<br />
Tafel 2 Analytische Fassung der Molwärmen einiger technischer Gase . . . . . . . . . . . . . 394<br />
Tafel 3a Mittlere spezifische Wärmen bei konstantem Druck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396<br />
Tafel 3b Druckkorrektur der mittleren spezifischen Wärme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397<br />
Tafel 3c Wahre spezifische Wärme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399<br />
Tafel 4 Zündgrenzen und Zündpunkte verschiedener Gase und Dämpfe . . . . . . . . . . . . 403<br />
Tafel 5 Wärmeleitzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404<br />
Tafel 6 Wärmeleitzahlen von Isolierstoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406<br />
Tafel 7 Zusammenstellung einiger gebräuchlicher Formeln für die Wärmeüber gangszahl . . . 408<br />
Tafel 8 Strahlungszahl G verschiedener Stoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421<br />
Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423<br />
Aufgabensammlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431<br />
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