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Thermodynamik I Sommersemester 2014
Prof. Dr.-Ing. Heinz Pitsch
Kapitel 5
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Kapitel 5: Übersicht
2
5. Energieumwandlungen als reversible und nichtreversible Prozesse
5.1 Reversibel-isotherme Arbeitsprozesse
5.2 Berücksichtigung von Dissipation
5.3 Reversible Kreisprozesse
5.3.1 Das Dampfkraftwerk: der Clausius-Rankine-Prozess
5.3.2 Die Gasturbine: der Joule-Prozess oder Brayton-Prozess
5.3.3 Das Strahltriebwerk
5.3.4 Verbrennungsmotoren
5.3.5 Die reversible Wärmepumpe
5.3.6 Die Gaskältemaschine mit innerem Wärmeaustausch
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5.1 Reversibel-isotherme Arbeitsprozesse
• Energiebilanz für geschlossene Systeme
• Für isotherme reversible Prozesse gilt
und daher
• Dies definiert die freie innere Energie:
• Die maximale abgegebene Arbeit in geschlossenen isothermen Systemen ist durch die Differenz der freien inneren Energie gegeben
5. Energieumwandlungen als reversible und nichtreversible Prozesse
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• Energiebilanz für einfache, stationäre offene Systeme
• Für isotherme reversible Prozesse gilt:
• Damit ist
• Dies definiert die freie Enthalpie auch Gibbssche Enthalpie:
• Die maximale abgegebene Leistung für einfache, stationäre offene Systeme ist durch die Differenz der freien Enthalpieströme gegeben
Gibbsche Enthapie
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Kapitel 5: Übersicht
5
5. Energieumwandlungen als reversible und nichtreversible Prozesse
5.1 Reversibel-isotherme Arbeitsprozesse
5.2 Berücksichtigung von Dissipation
5.3 Reversible Kreisprozesse
5.3.1 Das Dampfkraftwerk: der Clausius-Rankine-Prozess
5.3.2 Die Gasturbine: der Joule-Prozess oder Brayton-Prozess
5.3.3 Das Strahltriebwerk
5.3.4 Verbrennungsmotoren
5.3.5 Die reversible Wärmepumpe
5.3.6 Die Gaskältemaschine mit innerem Wärmeaustausch
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5.2 Berücksichtigung von Dissipation
• Isentroper Wirkungsgrad eines adiabaten Arbeitsprozesses
in einer Turbine
Real:
Isentrop:
• Analog folgt für den Verdichter:
• Wird zur Charakterisierung realer Fließprozesse in der Auslegung von Kreisprozessen benutzt
(Die grauen Zustandsänderungen sind bei adiabaten Prozessen unzulässig)
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Kapitel 5: Übersicht
7
5. Energieumwandlungen als reversible und nichtreversible Prozesse
5.1 Reversibel-isotherme Arbeitsprozesse
5.2 Berücksichtigung von Dissipation
5.3 Reversible Kreisprozesse
5.3.1 Das Dampfkraftwerk: der Clausius-Rankine-Prozess
5.3.2 Die Gasturbine: der Joule-Prozess oder Brayton-Prozess
5.3.3 Das Strahltriebwerk
5.3.4 Verbrennungsmotoren
5.3.5 Die reversible Wärmepumpe
5.3.6 Die Gaskältemaschine mit innerem Wärmeaustausch
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• Beispiel: Der Carnot-Prozess
(Darstellung im T, s-Diagramm)
1 - 2 reversibel adiabat
2 - 3 reversibel isotherm
3 - 4 reversibel adiabat
4 - 1 reversibel isotherm
• Wirkungsgrad:
5.3 Reversible Kreisprozesse
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Reversible Kreisprozesse mit Carnot-Wirkungsgrad
• Regeneration ist ein reversibler, systeminterner Wärmeübergang, d. h. bei kleinem ΔT
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Kapitel 5: Übersicht
10
5. Energieumwandlungen als reversible und nichtreversible Prozesse
5.1 Reversibel-isotherme Arbeitsprozesse
5.2 Berücksichtigung von Dissipation
5.3 Reversible Kreisprozesse
5.3.1 Das Dampfkraftwerk: der Clausius-Rankine-Prozess
5.3.2 Die Gasturbine: der Joule-Prozess oder Brayton-Prozess
5.3.3 Das Strahltriebwerk
5.3.4 Verbrennungsmotoren
5.3.5 Die reversible Wärmepumpe
5.3.6 Die Gaskältemaschine mit innerem Wärmeaustausch
![Page 11: Thermodynamik I - itv.rwth-aachen.de · T w o Ca s es-Ca s e A: L o w er o v era ll fuel -to -a ir ra tio-Ca s e B: Hi g her o v era ll fuel -to -a ir ra tio-O nl y d iffer ence betw](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022041202/5d4e4f0a88c993aa748b526d/html5/thumbnails/11.jpg)
5.3.1 Das Dampfkraftwerk: Der Clausius-Rankine-Prozess
0 – 1 : isentrope Kompression der Flüssigkeit durch Zufuhr von Arbeit:
1 – 2 : komprimierte Flüssigkeit wird durch Wärmezufuhr verdampft und überhitzt:
2 – 3 : isentrope Entspannung ins Nassdampfgebiet in der Turbine mit der Abfuhr von Arbeit:
3 – 0 : isobare und isotherme Wärmeabfuhr durch Kondensation des Dampfanteils:
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Clausius-Rankine-Prozess im h,s-Diagramm
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• 1. HS Gesamtsystem
• Thermischer Wirkungsgrad
• Thermodynamische Mitteltemperatur Tm,12 definiert durch:
Bilanz des reversiblen Kreisprozesses
• 1. HS 1 2:
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0 – 1 Kompression der Flüssigkeit,
(Tabelle A1.2 (Lucas)):
1 – 2 Wärmezufuhr
Zustand 2: Überhitzter Dampf bei
• Durch Interpolation:
Beispiel
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2 – 3 Expansion ins Nassdampfgebiet
Zustand 3 gegeben durch
Sättigungszustand bei p = 10 kPa
• Abgegebene Arbeit:
• Wirkungsgrad:
und
Beispiel
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Kapitel 5: Übersicht
16
5. Energieumwandlungen als reversible und nichtreversible Prozesse
5.1 Reversibel-isotherme Arbeitsprozesse
5.2 Berücksichtigung von Dissipation
5.3 Reversible Kreisprozesse
5.3.1 Das Dampfkraftwerk: der Clausius-Rankine-Prozess
5.3.2 Die Gasturbine: der Joule-Prozess oder Brayton-Prozess
5.3.3 Das Strahltriebwerk
5.3.4 Verbrennungsmotoren
5.3.5 Die reversible Wärmepumpe
5.3.6 Die Gaskältemaschine mit innerem Wärmeaustausch
![Page 17: Thermodynamik I - itv.rwth-aachen.de · T w o Ca s es-Ca s e A: L o w er o v era ll fuel -to -a ir ra tio-Ca s e B: Hi g her o v era ll fuel -to -a ir ra tio-O nl y d iffer ence betw](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022041202/5d4e4f0a88c993aa748b526d/html5/thumbnails/17.jpg)
• Offene Gasturbinenanlage Geschlossene Gasturbinenanlage als Vergleichsprozess
Druckverhältnis:
5.3.2 Die Gasturbine: Der Joule-Prozess oder Brayton-Prozess
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Darstellung der Gasturbine im T,s-Diagramm
• Bilanz des Kreisprozesses:
• Abgegebene Nettoarbeit:
• Thermischer Wirkungsgrad:
• Vereinfachende Annahmen: Luft als ideales Gas, konstantes cp,
reversible Prozessschritte
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1 – 3 Reversibel-adiabate Kompression
Zugeführte Arbeit
3 – 4 Durch Verbrennung zugeführte Wärme
4 – 6 Reversibel-adiabate Expansion
Abgeführte Arbeit
6 – 2 Durch Kühlung abgeführte Wärme
Bilanz des Kreisprozesses
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• Thermischer Wirkungsgrad
• Bestimmung der Temperaturverhältnisse:
⇒
Thermischer Wirkungsgrad der Gasturbine
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Nichtreversible geschlossene Gasturbinenanlage • Isentrope Strömungsmachinenwirkungsgrade: • Verdichter:
Zustand 1:
Zustand 3:
• Gaserhitzer:
Zustand 4:
• Turbine:
Zustand 6:
Beispiel
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• Isentroper Wirkungsgrad :
Verdichter
Turbine
• Energiebilanz:
(Arbeitsmedium als ideales Gas mit konst.
spez. Wärmen approximiert)
Gasturbinenprozess im T,s-Diagramm
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• Temperaturverhältnis
• Abgeführte Arbeit:
• Zugeführte Wärme:
• Thermischer Wirkungsgrad:
• Vergleich mit Joule-Prozess:
Bilanz des Kreisprozesses
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• Fully unstructured Low Mach number reacting flow solver
- 5.5M control volumes (20° sector)
• Lagrangian spray model
- Stochastic secondary break-up
- Infinite conductivity model for droplet evaporation
• Three-component Jet-A surrogate
- 48% n-dodecane
- 27% methylcyclohexane
- 25% m-xylene
• Two Cases
- Case A: Lower overall fuel-to-air ratio
- Case B: Higher overall fuel-to-air ratio
- Only difference between the two cases is the fuel mass flow rate
Pratt & Whitney PW 6000
5.3.3 Das Strahltriebwerk
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General Electric GE 90
![Page 26: Thermodynamik I - itv.rwth-aachen.de · T w o Ca s es-Ca s e A: L o w er o v era ll fuel -to -a ir ra tio-Ca s e B: Hi g her o v era ll fuel -to -a ir ra tio-O nl y d iffer ence betw](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022041202/5d4e4f0a88c993aa748b526d/html5/thumbnails/26.jpg)
B777 mit General Electric GE 90
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• Aus der Definition der Arbeit der Schubkraft folgt für Vortriebsleistung PV , die der Arbeit des Prozesses entspricht:
• Bei Vernachlässigung des Brennstoffmassenstroms errechnet sich die Schubkraft aus der Impulsänderung des Luftstromes:
Schubkraft und Vortriebsleistung
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• Im geschlossenen Kreislauf geführter Luftstrom
• Zustand 0 und 5
• kinetische Energien zu- bzw. abgeführt
• Abgasverlust auf Grund der hohen Abgastemperatur
• Kühlung des Luftstroms
Vergleichsprozess für Strahltriebwerk
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Darstellung des Strahltriebwerks im T,s-Diagramm
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1 – 2 Reversibel-adiabate Verdichtung ohne Arbeitszufuhr durch
Geschwindigkeitsabsenkung auf gegeben
• Energiebilanz:
• Isentrope Zustandsänderung:
2 – 3 Reversibel-adiabate Verdichtung mit Zufuhr von technischer Leistung ohne Änderung kinetischer Energie, p3/p2 gegeben
Bilanz des Kreisprozesses
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3 – 4 Reversible Wärmezufuhr bei konstantem Druck, gegeben
• Energiebilanz:
• Fundamentalgleichung
4 – 5 Reversibel-adiabate Expansion in der Turbine
• Nebenbedingung: Turbine soll über die Welle den Verdichter antreiben, keine Nettoarbeitsleistung
Bilanz des Kreisprozesses
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5 – 6 Reversibel-adiabate Expansion ohne Arbeitsleistung mit Geschwindigkeitserhöhung
6 – 1 Notwendige Wärmeabfuhr um Prozess zu schließen
(Verlust an thermischer Energie, die mit den heißen Abgasen an die Umgebung abgeführt wird)
Bilanz des Kreisprozesses
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• Innerer Wirkungsgrad:
Aus
folgt:
⇒
• Das Druckverhältnis im Verdichter ist Auslegungsparameter.
Wirkungsgrade
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• Energiebilanz am Gesamtprozess:
• Innenwirkungsgrad:
• Berücksichtigt Umwandlung der zugeführten Wärme in Änderung der kinetischen Energie
• Thermischer Wirkungsgrad des Kreisprozesses:
• Außenwirkungsgrad:
• Berücksichtigt die Umwandlung von kinetischer Energie in Vorschubleistung
• Hoher Wirkungsgrad für kleine Geschwindigkeitsdifferenz
Wirkungsgrade
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Beispiel:
(durch maximale thermische Belastung der ersten
Turbinenschaufel vorgegeben)
Lösung:
1 – 2: Reversible adiabate Verdichtung
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2 – 3: isentrope Verdichtung
Temperaturverhältnisse:
3 – 4: isobare Wärmezufuhr
4 – 5: isentrope Expansion
5 – 6: isentrope Expansion mit Geschwindigkeitserhöhung
Beispiel
![Page 37: Thermodynamik I - itv.rwth-aachen.de · T w o Ca s es-Ca s e A: L o w er o v era ll fuel -to -a ir ra tio-Ca s e B: Hi g her o v era ll fuel -to -a ir ra tio-O nl y d iffer ence betw](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022041202/5d4e4f0a88c993aa748b526d/html5/thumbnails/37.jpg)
• Umwandlung der zugeführten Wärme in kinetische Energie: • Umwandlung von kinetischer Energie in Vorschubleistung: • Thermischer Wirkungsgrad:
Beispiel
![Page 38: Thermodynamik I - itv.rwth-aachen.de · T w o Ca s es-Ca s e A: L o w er o v era ll fuel -to -a ir ra tio-Ca s e B: Hi g her o v era ll fuel -to -a ir ra tio-O nl y d iffer ence betw](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022041202/5d4e4f0a88c993aa748b526d/html5/thumbnails/38.jpg)
Nachbrenner zur Leistungssteigerung
![Page 39: Thermodynamik I - itv.rwth-aachen.de · T w o Ca s es-Ca s e A: L o w er o v era ll fuel -to -a ir ra tio-Ca s e B: Hi g her o v era ll fuel -to -a ir ra tio-O nl y d iffer ence betw](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022041202/5d4e4f0a88c993aa748b526d/html5/thumbnails/39.jpg)
Kapitel 5: Übersicht
54
5. Energieumwandlungen als reversible und nichtreversible Prozesse
5.1 Reversibel-isotherme Arbeitsprozesse
5.2 Berücksichtigung von Dissipation
5.3 Reversible Kreisprozesse
5.3.1 Das Dampfkraftwerk: der Clausius-Rankine-Prozess
5.3.2 Die Gasturbine: der Joule-Prozess oder Brayton-Prozess
5.3.3 Das Strahltriebwerk
5.3.4 Verbrennungsmotoren
5.3.5 Die reversible Wärmepumpe
5.3.6 Die Gaskältemaschine mit innerem Wärmeaustausch
![Page 40: Thermodynamik I - itv.rwth-aachen.de · T w o Ca s es-Ca s e A: L o w er o v era ll fuel -to -a ir ra tio-Ca s e B: Hi g her o v era ll fuel -to -a ir ra tio-O nl y d iffer ence betw](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022041202/5d4e4f0a88c993aa748b526d/html5/thumbnails/40.jpg)
5.3.4 Verbrennungsmotoren
![Page 41: Thermodynamik I - itv.rwth-aachen.de · T w o Ca s es-Ca s e A: L o w er o v era ll fuel -to -a ir ra tio-Ca s e B: Hi g her o v era ll fuel -to -a ir ra tio-O nl y d iffer ence betw](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022041202/5d4e4f0a88c993aa748b526d/html5/thumbnails/41.jpg)
1. Ideales Gas mit konstanten Wärmekapazitäten
2. Luft als Arbeitsmedium
3. Vernachlässigung von Verlusten ↔ Annahme reversibler Prozesse
4. Massenaustausch mit Umgebung (Ein- und Ausschieben) bleibt
unberücksichtigt
Geschlossenes System
5. Ladungswechsel durch Wärmeabfuhr ersetzt
6. Verbrennung wird durch Wärmezufuhr ersetzt
7. Kompression und Expansion werden als reversibel-adiabate Prozesse
aufgefasst
8. Wärmezufuhr und Wärmeabfuhr erfolgen bei konstantem Volumen
Der idealisierte Otto-Prozess (Gleichraumprozess)
![Page 42: Thermodynamik I - itv.rwth-aachen.de · T w o Ca s es-Ca s e A: L o w er o v era ll fuel -to -a ir ra tio-Ca s e B: Hi g her o v era ll fuel -to -a ir ra tio-O nl y d iffer ence betw](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022041202/5d4e4f0a88c993aa748b526d/html5/thumbnails/42.jpg)
Darstellung im p,V-Diagramm
Wirkungsgrad:
1 2 Adiabate & reibungsfreie Kompression 2 3 Isochore Wärmezufuhr: Verbrennung 3 4 Adiabate & reibungsfreie Expansion: Arbeit 4 1 Isochore Wärmeabfuhr: Ladungswechsel
![Page 43: Thermodynamik I - itv.rwth-aachen.de · T w o Ca s es-Ca s e A: L o w er o v era ll fuel -to -a ir ra tio-Ca s e B: Hi g her o v era ll fuel -to -a ir ra tio-O nl y d iffer ence betw](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022041202/5d4e4f0a88c993aa748b526d/html5/thumbnails/43.jpg)
Darstellung im T,S-Diagramm
1 2 Adiabate & reibungsfreie Kompression 2 3 Isochore Wärmezufuhr: Verbrennung 3 4 Adiabate & reibungsfreie Expansion: Arbeit 4 1 Isochore Wärmeabfuhr: Ladungswechsel
![Page 44: Thermodynamik I - itv.rwth-aachen.de · T w o Ca s es-Ca s e A: L o w er o v era ll fuel -to -a ir ra tio-Ca s e B: Hi g her o v era ll fuel -to -a ir ra tio-O nl y d iffer ence betw](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022041202/5d4e4f0a88c993aa748b526d/html5/thumbnails/44.jpg)
• 1. HS Gesamtsystem
• Volumenänderungsarbeiten
• Wärmezufuhr und –abfuhr
Bilanz des Kreisprozesses
![Page 45: Thermodynamik I - itv.rwth-aachen.de · T w o Ca s es-Ca s e A: L o w er o v era ll fuel -to -a ir ra tio-Ca s e B: Hi g her o v era ll fuel -to -a ir ra tio-O nl y d iffer ence betw](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022041202/5d4e4f0a88c993aa748b526d/html5/thumbnails/45.jpg)
• Wegen der isentropen Kompression und Expansion gilt:
• Für die isochoren Prozesse und ideales Gas gilt andererseits:
und daher
Thermischer Wirkungsgrad
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• Der thermische Wirkungsgrad des Otto-Prozesses ist wegen T3 > T2 stets kleiner
als der Wirkungsgrad des Carnot-Prozesses zwischen den Temperaturen T3 und
T1.
• Mit den isentropen Zustandsänderungen
kann mit dem Kompressionsverhältnis
geschrieben werden:
Thermischer Wirkungsgrad
![Page 47: Thermodynamik I - itv.rwth-aachen.de · T w o Ca s es-Ca s e A: L o w er o v era ll fuel -to -a ir ra tio-Ca s e B: Hi g her o v era ll fuel -to -a ir ra tio-O nl y d iffer ence betw](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022041202/5d4e4f0a88c993aa748b526d/html5/thumbnails/47.jpg)
• Der thermischer Wirkungsgrad des idealisierten Ottoprozesses ist daher nur
eine Funktion des Verdichtungsverhältnisses:
• Für *)
• Der Wirkungsgrad steigt mit dem Verdichtungsverhältnis an.
*) Werden Wärmeverluste bei Kompression und Expansion und andere Verluste berücksichtigt, so
kann statt des Isentropenexponenten k auch ein adäquater Polytropenexponent n verwendet werden.
Thermischer Wirkungsgrad
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Der idealisierte Diesel-Prozess (Gleichdruckprozess)
1. Ideales Gas mit konstanten Wärmekapazitäten
2. Luft als Arbeitsmedium
3. Vernachlässigung von Verlusten ↔ Annahme reversibler Prozesse
4. Massenaustausch mit Umgebung (Ein- und Ausschieben) bleibt
unberücksichtigt
Geschlossenes System
5. Ladungswechsel durch Wärmeabfuhr ersetzt
6. Verbrennung wird durch Wärmezufuhr ersetzt
7. Kompression und Expansion werden als reversibel-adiabate Prozesse
aufgefasst
8. Wärmezufuhr erfolgt bei konstantem Druck und Wärmeabfuhr erfolgt bei
konstantem Volumen.
![Page 49: Thermodynamik I - itv.rwth-aachen.de · T w o Ca s es-Ca s e A: L o w er o v era ll fuel -to -a ir ra tio-Ca s e B: Hi g her o v era ll fuel -to -a ir ra tio-O nl y d iffer ence betw](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022041202/5d4e4f0a88c993aa748b526d/html5/thumbnails/49.jpg)
Darstellung im p,V-Diagramm
![Page 50: Thermodynamik I - itv.rwth-aachen.de · T w o Ca s es-Ca s e A: L o w er o v era ll fuel -to -a ir ra tio-Ca s e B: Hi g her o v era ll fuel -to -a ir ra tio-O nl y d iffer ence betw](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022041202/5d4e4f0a88c993aa748b526d/html5/thumbnails/50.jpg)
Darstellung im T,S-Diagramm
![Page 51: Thermodynamik I - itv.rwth-aachen.de · T w o Ca s es-Ca s e A: L o w er o v era ll fuel -to -a ir ra tio-Ca s e B: Hi g her o v era ll fuel -to -a ir ra tio-O nl y d iffer ence betw](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022041202/5d4e4f0a88c993aa748b526d/html5/thumbnails/51.jpg)
• 1. HS Gesamtsystem
• Volumenänderungsarbeiten:
• Wärmezufuhr und –abfuhr:
Bilanz des Kreisprozesses:
![Page 52: Thermodynamik I - itv.rwth-aachen.de · T w o Ca s es-Ca s e A: L o w er o v era ll fuel -to -a ir ra tio-Ca s e B: Hi g her o v era ll fuel -to -a ir ra tio-O nl y d iffer ence betw](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022041202/5d4e4f0a88c993aa748b526d/html5/thumbnails/52.jpg)
• Thermischer Wirkungsgrad des Diesel-Vergleichsprozesses:
Thermischer Wirkungsgrad
![Page 53: Thermodynamik I - itv.rwth-aachen.de · T w o Ca s es-Ca s e A: L o w er o v era ll fuel -to -a ir ra tio-Ca s e B: Hi g her o v era ll fuel -to -a ir ra tio-O nl y d iffer ence betw](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022041202/5d4e4f0a88c993aa748b526d/html5/thumbnails/53.jpg)
• Aus T, S-Diagramm
• Entropiedifferenz bei isobarer Wärmezufuhr:
• Entropiedifferenz bei isochorer Wärmeabfuhr:
• Daher gilt:
• Wir definieren ein Maß, das die Volumenzunahme bei der Wärmezufuhr
(Verbrennung) darstellt:
T,S-Diagramm
![Page 54: Thermodynamik I - itv.rwth-aachen.de · T w o Ca s es-Ca s e A: L o w er o v era ll fuel -to -a ir ra tio-Ca s e B: Hi g her o v era ll fuel -to -a ir ra tio-O nl y d iffer ence betw](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022041202/5d4e4f0a88c993aa748b526d/html5/thumbnails/54.jpg)
• Wegen p =const ist dann:
• Wegen der isentropen Zustandsänderung gilt:
• Daher gilt:
Thermischer Wirkungsgrad
![Page 55: Thermodynamik I - itv.rwth-aachen.de · T w o Ca s es-Ca s e A: L o w er o v era ll fuel -to -a ir ra tio-Ca s e B: Hi g her o v era ll fuel -to -a ir ra tio-O nl y d iffer ence betw](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022041202/5d4e4f0a88c993aa748b526d/html5/thumbnails/55.jpg)
• Beim Gleichdruckprozess ist die Brennstoffausnutzung umso besser, je höher
das Verdichtungsverhältnis und je schneller die Wärmefreisetzung ist 1
(das heißt T3 T2).
• Der Wirkungsgrad geht dann in den des Otto-Prozesses (Gleichraumprozess)
über.
• Das Verdichtungsverhältnis kann man jedoch viel höher einstellen als beim
Otto-Prozess, da keine Selbstzündungsgefahr vorliegt, weshalb man den
Brennstoff wesentlich besser ausnutzen kann.
• In der Praxis erreicht der Diesel-Motor deshalb einen besseren Wirkungsgrad
als der Otto-Motor.
Thermischer Wirkungsgrad
![Page 56: Thermodynamik I - itv.rwth-aachen.de · T w o Ca s es-Ca s e A: L o w er o v era ll fuel -to -a ir ra tio-Ca s e B: Hi g her o v era ll fuel -to -a ir ra tio-O nl y d iffer ence betw](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022041202/5d4e4f0a88c993aa748b526d/html5/thumbnails/56.jpg)
Kapitel 5: Übersicht
71
5. Energieumwandlungen als reversible und nichtreversible Prozesse
5.1 Reversibel-isotherme Arbeitsprozesse
5.2 Berücksichtigung von Dissipation
5.3 Reversible Kreisprozesse
5.3.1 Das Dampfkraftwerk: der Clausius-Rankine-Prozess
5.3.2 Die Gasturbine: der Joule-Prozess oder Brayton-Prozess
5.3.3 Das Strahltriebwerk
5.3.4 Verbrennungsmotoren
5.3.5 Die reversible Wärmepumpe
5.3.6 Die Gaskältemaschine mit innerem Wärmeaustausch
![Page 57: Thermodynamik I - itv.rwth-aachen.de · T w o Ca s es-Ca s e A: L o w er o v era ll fuel -to -a ir ra tio-Ca s e B: Hi g her o v era ll fuel -to -a ir ra tio-O nl y d iffer ence betw](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022041202/5d4e4f0a88c993aa748b526d/html5/thumbnails/57.jpg)
und .
• Eine Wärmepumpe soll Wärme bei niedriger Temperatur aufnehmen und bei einem höheren Temperaturniveau abgeben.
• Die Leistungszahl e bezeichnet das Verhältnis von Zielgröße, hier der zum Heizen bereitgestellten Wärme, zur dafür aufgewendeten technischen Leistung.
• Für einen reversiblen Kreisprozess gilt
(1. Hauptsatz) ( 2. Hauptsatz)
• Daraus folgt für die Leistungszahl:
5.3.5 Die reversible Wärmepumpe
![Page 58: Thermodynamik I - itv.rwth-aachen.de · T w o Ca s es-Ca s e A: L o w er o v era ll fuel -to -a ir ra tio-Ca s e B: Hi g her o v era ll fuel -to -a ir ra tio-O nl y d iffer ence betw](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022041202/5d4e4f0a88c993aa748b526d/html5/thumbnails/58.jpg)
5.3.6 Die Gaskältemaschine mit innerem Wärmeaustausch
T,s-Diagramm
• Kältemaschine arbeitet zwischen den Drücken
![Page 59: Thermodynamik I - itv.rwth-aachen.de · T w o Ca s es-Ca s e A: L o w er o v era ll fuel -to -a ir ra tio-Ca s e B: Hi g her o v era ll fuel -to -a ir ra tio-O nl y d iffer ence betw](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022041202/5d4e4f0a88c993aa748b526d/html5/thumbnails/59.jpg)
• Wärmen:
• Wärmeabfuhr im Kühler Wärmeaufnahme im Kühlraum
• Arbeiten:
• Reversibel-adiabate Verdichtung Reversibel-adiabate Leistungsabgabe
(Umgebungstemperatur)
Bilanz des Kreisprozesses
![Page 60: Thermodynamik I - itv.rwth-aachen.de · T w o Ca s es-Ca s e A: L o w er o v era ll fuel -to -a ir ra tio-Ca s e B: Hi g her o v era ll fuel -to -a ir ra tio-O nl y d iffer ence betw](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022041202/5d4e4f0a88c993aa748b526d/html5/thumbnails/60.jpg)
• Nutzen q56, Aufwand δwt
Leistungsziffer
![Page 61: Thermodynamik I - itv.rwth-aachen.de · T w o Ca s es-Ca s e A: L o w er o v era ll fuel -to -a ir ra tio-Ca s e B: Hi g her o v era ll fuel -to -a ir ra tio-O nl y d iffer ence betw](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022041202/5d4e4f0a88c993aa748b526d/html5/thumbnails/61.jpg)
• Isentrope Zustandsänderungen
• Temperatureverhältnisse
• Lestungsziffer
• Mit
• Leistungsziffer ohne Wärmetauscher:
Leistungsziffer