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Gernot Wilhelms Gernot Wilhelms Übungsaufgaben Technische Thermodynamik Dieses Aufgabenbuch bietet Studierenden ingenieur- und naturwissenschaftlicher Studien- k Übungsaufgaben i gänge Hilfe bei der Wissensvertiefung und Examensvorbereitung. Ingenieuren und m Kon s trukteuren im Bereich der Energietechnik erleichtert es die Suche nach effektiven a Lösungswegen. n Technische y d Das Übungsbuch enthält eine große Anzahl didaktisch gut aufbereiteter Aufgaben zu den o Grundlagen der Technischen Thermodynamik sowie die zugehörigen Lösungsergebnisse. m Thermodynamik Eine Vielzahl von Aufgaben wurde ausführlich durchgerechnet (Beispiele). Mit ihnen wird r e die grundsätzliche Arbeitsweise beim Lösen der Aufgaben gezeigt. Besonderer Wert h wurde auf eine übersichtliche Darstellung und eine gute Nachvollziehbarkeit der einzelnen T Lösungsschritte gelegt. e h c In den Aufgabenwerden unter anderem behandelt: Zustandsänderungen idealer Gase, s reales Stoffverhalten, Exergie- und Anergiebegriff, Wärme- und Verbrennungskraft - i n maschinen, Dampfkraftanlagen, Gemische, Strömungsvorgänge, Wärmeübertragung, h c Verbrennungsrechnung. e T Das Übungsbuch ist inhaltlich und begrifflich abgestimmt mit dem Lehrbuch n Günter Cerbe »Cerbe/Wilhelms, Technische Thermodynamik«. Gernot Wilhelms e Technische b Thermodynamik a Tuhnedo preratikstcishceh Ge rAunnwdleangdeunn gen g f u a s g n 17., überarbeitete Auflage u b Ü s m l e h l i W www.hanser-fachbuch.de €19,99[D] | €20,60[A] 5., überarbeitete und erweiterte Auflage ISBN 978-3-446-44217-7 1 Grundlagen der Thermodynamik 2 Erster Hauptsatz der Thermodynamik 3 Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik 4 Das ideale Gas in Maschinen und Anlagen Der Dampf und seine Anwendung 5 in Maschinen und Anlagen 6 Gemische 7 Strömungsvorgänge 8 Wärmeübertragung Energieumwandlung durch Verbrennung und 9 in Brennstoffzellen L Lösungsergebnisse der Aufgaben Wilhelms Übungsaufgaben TechnischeThermodynamik Gernot Wilhelms Übungsaufgaben Technische Thermodynamik 5., überarbeitete und erweiterte Auflage Mit 44 Beispielen und 172 Aufgaben HANSER Autor: Dr.-Ing. Gernot Wilhelms ProfessorfürEnergietechnik,KältetechnikundTechnischeMechanik anderOstfaliaHochschulefürangewandteWissenschaften,Wolfenbüttel BibliografischeInformationderDeutschenNationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnetdiesePublikationinder DeutschenNatio- nalbibliografie;detailliertebibliografischeDatensindimInternetüber http://dnb.d-db.de abrufbar. ISBN978-3-446-44217-7 E-Book ISBN978-3-446-44172-9 Einbandbild:Siemens-Pressebild DiesesWerkisturheberrechtlichgeschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdrucks und der Vervielfältigung des BuchesoderTeilendaraus,vorbehalten.KeinTeildesWerkesdarfohneschriftlicheGe- nehmigung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren), auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung, reproduziert oder unter VerwendungelektronischerSystemeverarbeitet,vervielfältigtoderverbreitetwerden. ©2014CarlHanserVerlagMünchen www.hanser-fachbuch.de Lektorat:Dipl.-Min.UteEckardt Herstellung:Dipl.-Ing.(FH)KatrinWulst Satz:Prof.Dr.-Ing.GernotWilhelms,Wolfenbüttel DruckundBindung:FriedrichPustet,Regensburg PrintedinGermany »Der Weltuntergang steht bevor, aber nicht so, wie Sie denken. Dieser Krieg jagt nicht alles in die Luft, sondern schaltet alles ab.« Im obersten Stock der Cornell University’s Clark Hall stehen der Physiker Homer Layton und seine drei jungen Assistenten vor einem Durchbruch, der es ermöglicht, die Zeit etTwoams lDanegMsaamrceor ablaufen zu lassen. Sie vermuten, dass der sogenanAnltse Laauyft odne- r Welt das Licht ausging Effekt keinen praktischen Nutzen haben wird, rechnen aber damit, dass die von ihnen geplante Abhandlung einem Paukenschlag in der ca. 560 Seiten. Hardcover Welt der theoretischen Physik gleichkommen wircda.. D€ o1c9h,9 d9 a[nDn] / € 20,60 [A] / sFr 28,90 bemerkt Loren Martine, jüngstes Mitglied von Homers Team, ISBN 978-3-446-43960-3 etwas Seltsames: Wird die Zeit verlangsamt, reichErts dchiee iinnt Bimr eNnonv-ember 2014 stoffen gespeicherte Energie nicht mehr für ein plötzliches Feuer. Dinge können noch immer brennen, wenn auch langsamer, aber nichts kann mehr explodieren. Die Wissenschaftler stellen sich eine Art Layton-Effekt-Taschenlampe vor, die dasH Abifeeurer nk eilnierc ken zur Waffe verhindert. Ihnen wird klar, dass man auch die Explosion einer Bombe oder gar einen ganzen Krieg verhindeLrn keönsntee. probe Sie möchten mehr über Tom DeMarco und seine Bücher erfahren. Einfach Code scannen oder reinklicken unter www.hanser-fachbuch.de/special/demarco Sie möchten mehr über Tom DeMarco und seine Bücher erfahren. Einfach reinklicken unter www.hanser-fachbuch.de/special/demarco 5 Vorwort zur 5. Auflage UmdenLehrstoffderThermodynamikzuerfassenundzufestigenisteineausreichende Anzahl didaktisch gut aufbereiteter Aufgaben erforderlich. Dieses Übungsbuch stellt alsErgänzungdesLehrbuchesCerbe/Wilhelms:TechnischeThermodynamikeinegroße AnzahlAufgabenzurVerfügung,diefürdieVorlesungen,dasselbstständigeNachar- beitenderVorlesungenunddieVorbereitungaufPrüfungengedachtsind. In einer Einleitung wird die grundsätzliche Arbeitsweise zum Lösen der Aufgaben erläutert. Im Hauptteil werden, gegliedert wie im Lehrbuch, ausführlich Beispiele vorgerechnet undAufgabengestellt. ImAnhangwerdendie Lösungsergebnisseder Aufgabenaufgeführt. Mit den Beispielen soll die vorgeschlagene Arbeitsweise zum Lösen der Aufgaben aufgezeigtwerden.DieangegebenenBezügeaufGleichungen,Tabellenusw.bezie- hensichaufdasLehrbuch.DieGleichungsnummernstehenamrechtenSpaltenrand. WirdeineGleichungumgeformt,wirddiedurchzuführendeRechenoperationrechts neben der Gleichung, abgetrennt durch einen senkrechten Strich, angegeben. Folgt eine umgeformte Gleichung nicht aus der unmittelbar vorher stehenden Gleichung, wirddieNummerderGleichung,aufdieBezuggenommenwird,amlinkenSpalten- randangegeben.NebenderGleichungsnummerkannauchhierdieRechenoperation angegeben werden. Nebenrechnungen sind unter der rechten Seite einer Gleichung aufgeführt und durch einen senkrechten Strich unter dem Gleichheitszeichen abge- grenzt.DurchdieausführlicheBeschreibungderLösungswegesolldieFragestellung vonihremthermodynamischenGehalttiefdurchdrungenwerden.EinreinesNachle- sen der Lösungswege liefert nicht den gewünschten Lerneffekt. Studierende sollten zunächstversuchen,dieBeispieleselbständigzurechnenunderstdanndenLösungs- wegnachlesen. Mit dem aufgezeigten Formalismus sollten die Studierenden in der Lage sein, die aufgeführten Aufgaben selbstständig zu lösen. Durch alternative Lösungswege wie auchdurchgrafischeDarstellungenkönnendieErgebnisseaufRichtigkeitüberprüft werden.DieinAbschnitt10angegebenenLösungsergebnissegebenhiereinezusätz- licheHilfestellung. MeinherzlicherDankgiltallen,diedurchihreAnregungenzurFortentwicklungdieses Übungsbuches beigetragenhabeninsbesondere meinenKollegenProf.Dr.-Ing.Günter CerbeundProf.Dr.-Ing.ThomasDiehn,diemichbeiderAuswahlundFormulierungder AufgabenunterstütztundAufgabenzudiesemÜbungsbuchbeigesteuerthaben. DievorliegendeAuflagewurdegründlichüberarbeitetundumzusätzlicheBeispiel- Aufgaben und Zwischenergebnisse erweitert. Diese finden sich als Zahlenwerte in KlammernodereingetragenindieDiagramme.DieknappeDarstellungderLösungs- ergebnisse wurde beibehalten, um zum selbständigen Erarbeiten der Aufgaben zu motivieren. Wolfenbüttel,imSommer2014 GernotWilhelms 6 Methodische Hinweise für das Lösen der Aufgaben ZunächstmussderAufgabentextgründlichdurchgelesenwerden.Dabeiwerdendie in derAufgabenstellung gegebenen Werte derGrößen mit Formelzeichen entweder aufgelistetoderaberingrafischeDarstellungen(z.B.inFließbilderoderDiagramme) eingetragen. Als nächstes wird das Formelzeichen der gesuchten physikalischen Größe/Größen bestimmt. NunwirdeinezurLösunggeeigneteFormel,inderdiegesuchtephysikalischeGröße vorkommt, hergeleitet oder aus dem Lehrbuch genommen. Handelt es sich hierbei um eine Grundgleichung oder eine Definitionsgleichung, wird deren Benennung in derZeilevorderFormelmitangeben!BeimhandschriftlichenSchreibenderFormel- zeichen sind deutlich Großbuchstaben von Kleinbuchstaben zu unterscheiden. For- meln sollen immer in der gleichen Form angeben und dann, je nach Bedarf, in die gewünschteFormumgestelltwerden. DieseFormelwirdnunsolangeumgeformt,bisaufderlinkenSeitenurnochdiegesuchte GrößestehtundsichaufderrechtenSeitenurnochbekannteGrößenbefinden. Alle Werte der Größen werden nun mit Zahlenwert und Einheit eingesetzt. In der Regel sollen nur SI-Basiseinheiten oder abgeleitete SI-Einheiten ohne Vorsätze für dezimaleVielfacheoderTeileeingesetztwerden(Ausnahmen:kgundkmol).Abge- leitete Einheiten, die im Nenner stehen und als Bruch geschrieben sind, werden als KehrwertgleichmitindenZählergeschrieben. Die Einheiten werden nun so weit gekürzt, bis nur noch die Einheit der gesuchten Größeübrigbleibt. Erst jetzt werden die Zahlenwerte in den Rechner gegeben und der Zahlenwert der gesuchtenGrößeberechnet. Die Zustandsgrößen erhalten bei einer Zustandsänderung im Ausgangszustand den Index1imEndzustanddenIndex2.FallssicheineZustandsgrößenichtändert,erhält sie keinen Index. Zustandsänderungen werden immer mit zwei Benennungen angeben(z.B.isothermeExpansion).