Technische Thermodynamik

Modulbeschreibung:

gültig ab Immatrikulationsjahr 2012

Dozent: Prof. Dr.-Ing. Robert Pietzsch

Qualifikationsziele:

• Die Technische Thermodynamik bildet die Voraussetzungen, natürliche und technische Prozesse, Maschinen und Apparate wissenschaftlich-physikalisch fundiert zu analysieren und zu bilanzieren

• Den Studierenden werden die thermodynamischen Begriffe (z.B. System, Entropie, Wärmekraftmaschine), die Klassifizierung der physikalischen Größen und die Übertragung beobachteter Naturgesetze in eine mathematische Formulierung (Bilanzgleichungen) vermittelt

• Die Studierenden sollen in der Lage sein, die thermodynamische Berechnung von Maschinen und Apparaten und von natürlichen Vorgängen zu verstehen und auf ähnliche Aufgabenstellungen anwenden zu können

• Die Kategorisierung von Prozessen und Maschinen in ideale, natürliche und unmögliche soll ihnen geläufig sein

• Die Handhabung von Zustandsdiagrammen soll ebenso sicher beherrscht werden, wie die thermophysikalische Beschreibung von drei Materialien (feuchte Luft, Wasser, elastische Metalle) mit objektiven Zustandsgleichungen

Inhalte:

1. Systematisierung der physikalischen Größen, extensive und intensive Zustandsgrößen, Ratengrößen, Einführung des Systembegriffes, transiente und stationäre Problemstellungen, Objektivitätsbegriff

1. Naturgesetze: thermodynamische Bilanzgleichungen

• Massenbilanz, Füllen und Entleeren von Systemen

• Energiebilanz, Energieformen, Wärme und Arbeit, erster Hauptsatz, Enthalpie, perpetuum mobile, stationäres offenes System: Wind- und Wasserkraftanlagen, Mischungstemperatur, instationäre Systeme: Badewanne, Wärmespeicher

• Entropiebilanz, Entropiebegriff, zweiter Hauptsatz, mathematische Beschreibung irreversibler Prozesse, perpetuum mobile 2.Art, Wärmekraftmaschinen und Wärmepumpen

1. Zustandsgleichungen für die Modellstoffe: ideales Gas, inkompressible Flüssigkeiten, linear- thermoelastischer Festkörper, Nassdampf

1. Elementare Zustandsänderungen des idealen Gases, technische und natürliche Anwendungen: Kompressor, Druckluftspeicher, Kamin

1. Theorie feuchter Luft und technische Anwendungen

1. Thermodynamische Kreisprozesse und thermomechanische Maschinen

• Carnotprozess und Stirlingmotor,

• Verbrennungskraftprozesse: Diesel-, Otto-,Jouleprozess

• Kaltgasmaschine, Kompressionskälteprozess

Lehrformen:

• Vorlesung (3 SWS)

• Seminarübung (1 SWS)

Vorkenntnisse:

• Mathematik Analysis, Algebra

• Physik

Verwendbarkeit: Maschinenbau (B.Eng.), Renewable Resources Engineering (B.Eng.)

Leistungsnachweis: schriftliche Prüfung, 120min

Angebot: jährlich im Sommersemester

Arbeitsaufwand: Präsenzzeit 60 h + Selbststudium 90 h = 150 h = 5 ECTS

Begleitunterlagen: Skriptum zur Vorlesung, Übungsaufgabenskript mit Lösungen

Literatur: Baehr, H.-D.;Kabelac, S.: Thermodynamik, Grundlagen und technische Anwendungen, Springer, Berlin, 2009