Vorlesung

• Beschreibt eine Anlage/Bauteil

• Eingrenzung durch Systemgrenzen gegenüber der Umgebung

• Offen (durchflossen von Fluiden) -> technische Arbeit erforderlich um Fluid gegen Druckunterschied zu transportieren

• Geschlossen (kein Masseaustausch mit Umgebung) -> nur Volumenänderubgsarbeit kann verrichtet werden

• Isoliert

• Durchlässigkeit für Materie: offen/geschlossen

• Durchlässigkeit für Wärme: diatherm/adiabat

• Durchlässigkeit für Arbeit: nicht rigide/rigide

• Homogen: physikalische Eigenschaften, Stoffeigenschaften und Zusammensetzubg sind an jeder Stelle im System gleich

• Heterogen: Stoffeigenschaften innerhalb des Systems sind unterschiedlich und ändern sich sprunghaft

• Kontinuierlich: Stoffeigenschaften bzw. phsikalische Größen sind an jeder Stelle und zu jeder Zeit mathematisch beschreibbar

Wird durch feste physikalische Größe beschrieben: Zustandsgröße

• Veränderung des Zustands eines Systems zu einem anderen Zustand

• Verlaufen durch Zu- und Abfuhr von Arbeit W oder Wärme Q = Energie

• Verändert die Energie eines Systems

• Masse

• Druck

• Volumen

• Temperatur

• Geschwindigkeit

• Lage/Höhe

• Intensiv: unabhäbgig von Systemgröße: Druck, Temperatur, Dichte, spez. Volumen

• Extensiv: ändert sich mit Systemgröße: Volumen, Masse, Teilchenzahl, Stoffmenge

Gewicht der Menge des im System befindlichen Stoffs-> m = n * Na * mt

n: Stoffmenge

Na: 6,022*10^23 Teilchen/mol

mt: Masse eines Teilchens

• Raum, den der Stoff/das System einnimmt

• spez. Volumen: v= V/m

• Dichte: rho=1/V

Gibt an, wie groß die in einem abgeschlossenen System gespeicherte Energie ist [J]

• Entsteht durch Impuls bein Auftreffen von Teilchen an der Systemgrenze

• p = F/A [N/(m^2)] -> [Pa], [bar] 1 bar = 10^5 Pa

Eine Folge der Eigenbewegubg der Stoffteilchen

• Volumen eines idealen Gases ändert sich linear mit der Temperatur

• v1/T1 = v2/T2 = const. V~T

• Beim Zusammenbringen von 2 Systemen A und B mit unterschiedlicher Temperatur stellt dich eine Wechselwirkung ein, bis Ta = Tb

• Systeme in thermischen Gleichgewicht haben die gleiche Temperatur

• Beschreibt Zusammenhang von Druck p und Volumen V bei konstanter Temperatur und Zeilchenzahl

• p1V1 = p2V2 = const.

• Kein Eigenvolumen

• Teilchen üben keine Wechselwirkungen aus

• Stöße der Teilchen untereinander sind voll elastisch

• reversibel = umkehrbar, ohne zurückbleibende Änderung in der Umgebung, ohne zusätzlichen Aufwand (Energie)

• Irreversibel: Energie wird in andere Form umgewandelt und entwertet (therm. Energie)

• In einem abgeschlossenem System ist die Energie konstant. Sie kann weder erzeugt noch vernichtet werden. Sie kann nur von einer Form in die andere gewandelt werden

• Maß für zugeführte oder abgegebene thermische Energie

• Geht mit einer Temperaturänderung (sensible Wärme) oder Wechsel des Aggregatszustands (latente Wärme) oder Änderung des Drucks einher

• Q = m* c * delta T

• Wärme geht von Systemen höherer Temperatur zu Systemen niedrigerer Temperatur

• Gibt an, welche Wärmemenge nötig ist, um 1kg eines Stoffes um 1 K zu erhöhen

• J/kgK

• Gase: cp = Wärmezufuhr, wenn Druck konstant

  cv = Wärmezufuhr bei konstantem Volumen

• perfektes Gas: cv, cp = const.

• Kann nicht nur den äußeren Zustand, sondern auch den inneren Zustand eines Systems verändern

• Verhält sich äquivalent zur Wärme = ruft im System die gleichen Änderungen hervor

ma* g * h = mw * cw * delta T

-> ma = (mw * cw delta T)/(g * h)

• extensive Zustandsgröße (Ändert dich mit Größe des Systems)

• Beschreibt, wie viel Energie sich in einem System befindet

• H = U + p * V

• Durch verschiedene Anordnungsmöglichkeiten von Teilchen im System steigt das Maß an Unordnung (Entropie)

• Änderung der Entropie ist ein Maß für die Entwertung von Energie

• delta s12 = 0: vollständig reversibel delta s12 > 0: irreversibel

• Entropietransport erfolgt durch Wärmetransport

• Ist temperaturabhängig

• Entropiestrom sobald Ta /= Tb

• Je größer die Differenz, desto größer ist Delta S

• Wärme fließt nur von einen Körper höherer Temperatur zu einem Körper geringerer Temperatur

• Der 2. HS trifft eine Aussage über die Richtung der Energieübertragung anhand der Entropie

• Wärme zu- oder abführen

• Arbeit am oder vom Gas verrichten lassen

Konstante Temperatur während der Zustandsänderung

Konstantes Volumen

• konstanter Druck

• Technische Arbeit wird dissipiert und bewirkt Änderung der Kinetischeb oder potenziellen Energie

Konstante Entropie

Anfangs- und Endzustand sind identisch

• Regeneration -> T4 ist höher als T2 => T4 wird zurückgespeist und der therm. Wirkungsgrad erhöht sich

• Zwischenkühlung -> spart Verdichtungsarbeit indem T2 auf T2a abgekühlt wird

• Zwischenübrerhitzung -> Erhöhung der Nutzarbeit durch Erhitzung während der Expansion

• Kombination aus allen => Ericsson Prozess (isotherm)

• Im Gebiet zw. Siede- und Taulinie liegen flüssige und gasförmige Phase gleichzeitig vor

• Beide Phasen haben gleichen Durck und gleiche Temperatur-> therm. Und mech Gleichgewicht

• Für gegebenen Druck stellt sich eien feste Temperatur ein ( Sättigubgstemperatur)

• Für gegebene Temperatur stellt sich fester Druck ein (Sättigubgsdruck)

Organic Rankine Cycle

• Abhilfe von Wirkungsgradverlusten durch Verwendung organischer Fluide

• Teilweise pos. steigerung der Taulinie

Ein Prozess bei dem Gasturbine und Danpfturbine kombiniert werden, um Wirkungsgrad zu steigern

• Ein Prozess auf zwei festen Temperaturniveaus

• Hlchster erreichbarer Wirkungsgrad einer Wärmekraftmadchibe bei gegebenen Temperaturen Tab und Tzu

• nc = 1 - Tab/Tzu

• Exergie: Aus der Energie des Systems und Mitwirkung der Umgebung maximal gewinnbare Arbeit

• Anergie: Energie, die nicht in gewinnbare Arbeit umgewandelt werden kann

• Wärmeprozess

• Wärmeaufnahme aus Umgebung -> Kühlen

• Wärmeabgabe bei höherer Temperatur-> Heizen

Aufnahme der Umgebungswärme (Anergie) und Anhebung des Temperaturniveaus durch Verdichtung (Zufuhr von Exergie)

• Gesamtheit aller Einrichtungen, die zur Umwandlung von Primärenergie in Wärme dienen

• Effizienz von Heizsystem hängt vom Primärverbrauch ab

Die Fläche unter der Prozesskurve

• Nutzarbeit: Arbeit, die tatsächlich einem System entnommen und genutzt werden kann (WtV - WtT)

• Arbeitsverhältnis: Verhältnis zugeführte Arbeit zu entnommener Arbeit

Da es sich bei den Verlusten um Reibungsverluste handelt, welche dazu führern, dass die Temperatur beim Erreichen des gewollten Drucks höher ist, als bei einem idealen Prozess

• Zwischenüberhitzung: Die mittlere Temperatur Tzu erhöht sich, wodurch der Carnot-Wirkungsgrad steigt

• Zwischenkühlung: Die benötigte Verdichtungsarbeit sinkt

• für gegeben Temperatur stellt sich fester Druck ein (Sättigungsdruck)

• Für gegebenen Druck stellt sich feste Temperatur ein (Sättigungstemperatur)

Eq = nc * Q -> vom Carnto-Wirkungsgrad und somit von Tab und Tzu

• Steigt das Temperaturverhältnis, so steigt auch das Druckverhältnis

• Wirkungsgrad nimmt zu, wenn Pi steigt

• Arbeit nimmt jedoch ab gewissen Punkt ab, wenn Pi steigt