Technische Thermodynamik

Ingenieurwissenschaften und Informatik

Version 6.0 vom 17.02.2023

11B5280

Thermodynamics

Ingenieurwesen - Maschinenbau (INGflex) (B.Eng.)

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Die Thermodynamik wird im ersten Moment von den Studierenden im allgemeinen als eines der schwierigeren Wissensgebiete angesehen. Aber in dieser Vorlesung zeigen wir, dass sie mit nur wenigen Lehrsätzen, neuen Begriffen und mit mathematischen Grundkenntnissen auskommt.In Interesse einer praxisorientierten Vermittlung des Lehrinhaltes werden die technischen Kreisprozesse ausführlich behandelt. Einen breiten Raum nimmt daher die Diskussion der Arbeitsprozesse bei Verbrennungsmotoren und bei Gasturbinen ein.Die Thermodynamik ist als Teilgebiet der Physik eine allgemeine Energielehre. Sie befasst sich mit den verschiedenen Erscheinungsformen der Energie, mit den Umwandlungen von Energien und mit den Eigenschaften der Materie, die eng mit der Energieumwandlung verknüpft sind.

1. Allgemeine Grundlagen Thermodynamisches System und Systemgrenzen Thermische Zustandsgrößen Thermodynamisches Gleichgewicht und Nullter Hauptsatz
2. Der erste Hauptsatz der Thermodynamik Arbeit am geschlossenen System Äußere Arbeit Volumenänderungsarbeit Dissipationsarbeit Innere Energie und Wärme Arbeit und Enthalpie am offenen System
3. Zustandsänderung und Zustandsgleichungen Zustandseigenschaften einfacher Stoffe Thermische Zustandsänderung idealer Gase Thermische Zustandsgleichung und Gaskonstante Normzustand und Molvolumen Kalorische Zustandsgleichung und spez. Wärmekapazität Zustandsänderung in geschlossenen Systemen bei konst. Volumen - Isochore bei konst. Druck - Isobare bei konst. Temperatur - Isotherme adiabat und reibungsfrei - Isentrope polytrope Zustandsänderung Quasistatische Zustandsänderung bei stationären Fließprozessen (offene Systeme)
4. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik Reversible und irreversible Prozesse Entropie einfacher Stoffe Temperatur - Entropie – Diagramm und Zustandsänderungen Adiabate Drosselung Drosselung des idealen Gases
5. Thermodynamische Gasprozesse Kreisprozesse Kontinuierlicher Ablauf in Kreisprozessen Arbeit des Kreisprozesses Thermischer Wirkungsgrad Idealer Vergleichsprozess – Carnotprozess Praktische Vergleichsprozesse Heißluftmaschine Gasturbine Verbrennungsmotoren Kolbenverdichter
6. Exergie und Anergie Exergie und Anergie der Wärme Exergetische Bewertung von Gasprozessen
7. Technische Anwendungen der Thermodynamik

Wissensverbreiterung
Mit dem vermittelten Lehrinhalt der Thermodynamik werden die Studierenden in die Lage versetzt verschiedene technische Prozesse mit Hilfe thermodynamischer Gesetze unter einheitlichen Gesichtspunkten zusammenzufassen. Dabei sollen die Studierenden die Übertragung der thermodynamischen Gesetze insbesondere der Gesetze für die Kreisprozesse auf die praktische Anwendung z.B. bei Verbrennungsmotoren, Kraftwerken, Brennstoffzellen und Kältemaschinen durchführten können.

Eine Lehre von der Thermodynamik für Ingenieure verfolgt drei Ziele:
1. Es sollen die allgemeinen Gesetze der Energieumwandlung bereitgestellt werden,
2. es sollen die Eigenschaften der Materie untersucht, und
3. es soll an ausgewählten, aber charakteristischen Beispiele gezeigt werden, wie diese Gesetze auf technische Prozesse anzuwenden sind.

In dieser Vorlesung wird die Thermodynamik als allgemeine Lehre von Gleichgewichtszuständen definiert. Es werden vorwiegend Energieumwandlungen und Eigenschaften von Materie beim Übergang von einem Gleichgewichtszustand in den anderen behandelt. Dabei wird die Materie in dieser Vorlesung zuerst nur als Einstoffsystem (eine Phase) betrachtet.
Wissensvertiefung

Können - instrumentale Kompetenz

Können - kommunikative Kompetenz

Können - systemische Kompetenz

Vorlesung, Übung und Laborversuche

Grundlagen MathematikMathematik für Maschinenbau

Pusch, Rainer

Mardorf, Lutz

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Cerbe/Hoffmann: Einführung in die Thermodynamik. Hanser 2003Cengel, Y.A.: Introduction to Thermodynamics and Heat Transfer. McGraw-Hill 1997Baehr, H.D.:Thermodynamik. 16. Auflage. Springer 2016

MARDORF, Lutz: Technische Thermodynamik Kompendium. Grundlagen und praktische Anwendungen: Arbeitsbuch für Studierende der Ingenieurwissenschaften und Ingenieure im Beruf (German Edition). 2. ergänzte Auflage. Leipzig: CreateSpace Independent Publishing Platform. 2019. ISBN-13: 978-3748190776

Klausur 2-stündig

Experimentelle Arbeit

Kenntnis der Grundlagen der Thermodynamik idealer Gase zur Berechnung von einfachen reversiblen und irreversiblen Zustandsänderungen und Anwendung auf technische Kreisprozesse. Fertigkeiten beim Lösen anwendungsbezogener Aufgaben.

1 Semester

Nur Wintersemester

Deutsch