Strömungs- und Kolbenmaschinen

1 Arbeitshinweise und allgemeine Grundlagen.- 1.1 Numerierung.- 1.2 Notwendige Kenntnisse.- 1.3 Gleichungen.- 1.4 Einheiten.- 1.5 Einheitenumrechnung.- 1.6 Durchführen von Rechnungen.- 1.7 Ablesen von Tabellenwerten.- 1.8 Spezifische Größen; Dichte, Wichte.- 1.9 Molare Größen.- 1.10 Ströme.- 2 Wärmelehre.- 2.1 Das geschlossene System.- 2.2 Der Zustand.- 2.3 Die innere Energie.- 2.4 Der erste Hauptsatz der Wärmelehre für geschlossene Systeme.- 2.5 Volumenänderungsarbeit.- 2.6 Wärme.- 2.7 Spezifische Wärmekapazität; Gaskonstante.- 2.8 Berechnung der Entropie und der Entropiedifferenz.- 2.9 Enthalpie.- 2.10 Technische Arbeit.- 2.11 Zustandsänderungen.- 2.11.1 Isochore.- 2.11.2 Isobare.- 2.11.3 Isotherme.- 2.11.4 Adiabate.- 2.12 Dissipation.- 2.12.1 Wärmeaustausch.- 2.12.2 Reibung.- 2.12.3 Drosselung.- 2.12.4 Mischung.- 2.13 Exergie und Anergie.- 2.13.1 Der zweite Hauptsatz der Wärmelehre.- 2.13.2 Exergieanteile.- 2.13.3 Das Exergie-Anergie-Flußschaubild.- 3 Verbrennung.- 3.1 Physikalische Grundlagen.- 3.2 Chemische Grundlagen.- 3.3 Mengenberechnung.- 3.3.1 Feste und flüssige Brennstoffe.- 3.3.2 Gasförmige Brennstoffe.- 3.4 Brenn- und Heizwert.- 3.5 Das Enthalpie-Temperatur-Diagramm.- 3.6 Praktische Verbrennungsdurchführung.- 3.6.1 Brennstoff.- 3.6.2 Zündung und Verbrennung.- 3.6.3 Rauchgas.- 4 Kreisprozesse.- 4.1 Grundsätzliches.- 4.2 Der Carnot-Kreisprozeß.- 4.3 Der mittlere Druck.- 4.4 Wirkungsgrade.- 4.5 Verluste.- 5 Kolbenmaschinen.- 5.1 Wechselwirkung zwischen Kolben und Fluid; die wichtigsten Einflußgrößen.- 5.2 Der Kurbeltrieb.- 6 Verbrennungsmotoren.- 6.1 Viertakt-Ottomotor.- 6.1.1 Der grundsätzliche Aufbau des Viertakt-Ottomotors.- 6.1.2 Arbeitsweise des Viertakt-Ottomotors.- 6.1.3 Das Indikatordiagramm.- 6.1.4 Kennzeichnende Merkmale.-6.1.5 Konstruktion.- 6.1.6 Wichtige Bauteile.- 6.1.7 Gemischbildung.- 6.1.8 Zündung und Verbrennung.- 6.1.9 Steuerung.- 6.1.10 Beurteilungsgrößen.- 6.1.11 Kennlinien.- 6.2 Viertakt-Dieselmotor.- 6.2.1 Der grundsätzliche Aufbau des Viertakt-Dieselmotors.- 6.2.2 Arbeitsweise des Viertakt-Dieselmotors.- 6.2.3 Das Indikatordiagramm.- 6.2.4 Kennzeichnende Merkmale.- 6.2.5 Konstruktion.- 6.2.6 Wichtige Bauteile.- 6.2.7 Gemischbildung.- 6.2.8 Selbstzündung und Verbrennung.- 6.2.9 Steuerung.- 6.2.10 Beurteilungsgrößen.- 6.2.11 Kennlinien.- 6.3 Zweitakt-Ottomotor.- 6.3.1 Der grundsätzliche Aufbau des Zweitakt-Ottomotors.- 6.3.2 Die Arbeitsweise des Zweitakt-Ottomotors.- 6.3.3 Das Indikatordiagramm.- 6.3.4 Kennzeichnende Merkmale.- 6.3.5 Konstruktion.- 6.3.6 Spülverfahren.- 6 3.7 Beurteilungsgrößen und Kennlinien.- 6.4 Zweitakt-Dieselmotor.- 6.4.1 Aufbau und Arbeitsweise des Zweitakt-Dieselmotors.- 6.4.2 Kennzeichnende Merkmale, Indikatordiagramm.- 6.4.3 Beurteilungsgrößen und Kennlinien.- 6.5 Kreiskolbenmotor von Wankel.- 6.5.1 Konstruktion und Arbeitsweise.- 6.5.2 Vor- und Nachteile.- 6.6 Mehrzylindermotoren.- 6.6.1 Lage und Anordnung der Zylinder.- 6.6.2 Das Ansaug- und Auspuffverhalten.- 6.63 Massenkräfte und Massenausgleich.- 6.7 Aufladung.- 6.7.1 Aufladeverfahren.- 6.7.2 Der Abgasturbolader.- 6.7.3 Berechnung der Leistungssteigerung durch Aufladung.- 6.8 Ermittlung von Leistung und Wirkungsgrad.- 6.8.1 Die Ermittlung der Leistung.- 6.8.2 Wirkungsgrade.- 6.9 Idealisierte Vergleichsprozesse für Verbrennungsmotoren.- 6.9.1 Der Gleichraumprozeß.- 6.9.2 Der Gleichdruckprozeß.- 6.9.3 Der kombinierte Gleichraum-Gleichdruckprozeß.- 6.10 Der vollkommene Verbrennungsmotor.- 6.11 Der wirkliche Verbrennungsmotor.- 6.11.1 Die Verluste des vollkommenen Motors.- 6.11.2Die Verluste des wirklichen Motors.- 7 Kolbenverdichter.- 7.1 Konstruktion und Arbeitsweise.- 7.1.1 Hubkolbenverdichter.- 7.1.2 Membranverdichter.- 7.1.3 Umlaufkolbenverdichter.- 7.2 Der Kreisprozeß im Kolbenverdichter.- 7.2.1 Theoretischer Arbeitsablauf eines einstufigen Hubkolbenverdichters.- 7.2.2 Der wirkliche Arbeitsablauf in einem einstufigen Hubkolbenverdichter.- 7.3. Der mehrstufige Verdichter mit Zwischenkühlung.- 7.4. Einsatz und Größenordnung.- 8 Kolbenpumpen.- 8.1 Einfachwirkende Kolbenpumpen.- 8.1.1 Wirkungsweise.- 8.1.2 Arbeitsdiagramm.- 8.2 Ermittlung der Antriebsleistung.- 8.3 Bauarten.- 8.3.1 Mehrfachwirkende Hubkolbenpumpen.- 8.3.2 Membranpumpen.- 8.3.3 Zahnradpumpen.- 8.3.4 Flügelzellenpumpen.- 8.3.5 Schraubenpumpen.- 8.4 Einsatzgebiete und Größenordnung.- 9 Einführung in die Strömungslehre.- 9.1 Ein wenig Hydrostatik.- 9.2 Grundbegriffe zur Kennzeichnung von Strömungen.- 9.3 Kontinuitätsgesetz.- 9.4 Der erste Hauptsatz für offene Systeme.- 9.4.1 Stoff-und nicht-stoffgebundene Energieformen.- 9.4.2 Anwendung des Energieerhaltungssatzes.- 9.4.3 Berechnungsbeispiel.- 9.5 Strömungsverluste.- 9.5.1 Fluidreibung, Zähigkeit.- 9.5.2 Strömungsformen.- 9.5.3 Rohrleitungsverluste.- 9.5.4 Reversible Strömungsarbeit; Wirkungsgrad.- 9.5.5 Berechnungsbeispiel.- 9.5.6 Rohrleitungskennlinie.- 9.6 Strömungstechnische Besonderheiten.- 9.6.1 Messungen.- 9.6.2 Kavitation.- 9.6.3 Mündung, Düse, Diffusor.- 10 Strömungsmaschinen.- 10.1 Der Geschwindigkeitsplan.- 10.1.1 Komponenten.- 10.1.2 Relativ-und Systemgeschwindigkeit.- 10.2 Impulsübertragung.- 10.2.1 Impulssatz.- 10.2.2 Eulersche Turbinen- und Hauptgleichung.- 10.3 Das Enthalpie-Entropie-Diagramm.- 10.4 Vergleich zu Kolbenmaschinen.- 11 Kreiselpumpen.- 11.1 Aufbau einer Kreiselpumpe.- 11.2Strömung im Laufrad.- 11.3 Spezielle Kennziffern.- 11.3.1 Abhängigkeit der spezifischen Förderarbeit bzw. Förderhöhe von der Drehzahl und dem Laufraddurchmesser.- 11.3.2 Abhängigkeit des Förderstromes von der Drehzahl und dem Laufraddurchmesser.- 11.3.3 Abhängigkeit der Leistung von der Drehzahl und dem Laufraddurchmesser.- 11.3.4 Spezifische Drehzahl.- 11.4 Entstehung der Drosselkurve.- 11.5 Bestimmung des Betriebspunktes.- 11.6 Regelung.- 11.6.1 Drosselregelung.- 11.6.2 Drehzahlregelung.- 11.7 Stabile und labile Förderung.- 11.7.1 Stabile Förderung.- 11.7.2 Labile Förderung.- 11.8 Wirkungsgrade.- 11.8.1 Hydraulischer Wirkungsgrad.- 11.8.2 Liefergrad, volumetrischer Wirkungsgrad.- 11.8.3 Radseitenreibung und innerer Wirkungsgrad.- 11.8.4 Mechanischer Wirkungsgrad.- 11.9 Antriebsleistung.- 11.9.1 Nutzleistung.- 11.9.2 Innere Leistung.- 11.9.3 Kupplungsleistung.- 12 Wasserturbinen.- 12.1 Peltonturbinen.- 12.2 Francisturbinen.- 12.3 Kaplanturbinen.- 12.4 Einige Kenngrößen der Wasserturbinen.- 12.5 Vergleich, Einsatz und Größenordnung.- 12.6 Leistungsberechnung.- 12.7 Wasserkraftwerke.- 13 Der Aggregatzustand und seine Änderung.- 13.1 Begriffe.- 13.2 Energiebilanz.- 13.3 Das Druck-Volumen-Temperatur-Diagramm.- 13.4 Das T-s- und das h-s-Diagramm.- 13.5 Diagrammvergleiche.- 14 Die Dampferzeugung.- 14.1 Energieformen und -Umwandlung.- 14.2 Dampferzeuger.- 14.2.1 Feuerung.- 14.2.2 Großwasserraumkessel.- 14.2.3 Wasserrohrkessel.- 14.3 Der Wasser-Wasserdampf-Kreisprozeß.- 14.3.1 Kesselwirkungsgrad.- 14.3.2 Anlagenwirkungsgrad.- 15 Dampfturbinen.- 15.1 Allgemeiner Aufbau und Wirkungsweise.- 15.2 Laval-Turbine.- 15.2.1 Die Gleichdruckbeschaufelung.- 15.3 Curtis-Turbine.- 15.4 Zoelly-Turbine.- 15.5 Parsons-Turbine.- 15.6 Ausgeführte Großturbinen und Vergleich.-15.7 Verluste.- 16 Gasturbinen (Strahltriebwerke).- 16.1 Raketentriebwerke.- 16.1.1 Aufbau und Wirkungsweise.- 16.1.2 Berechnung des Schubes und des Wirkungsgrades.- 16.1.3 Beispiel.- 16.2 Luftstrahltriebwerke.- 16.2.1 Berechnung des Schubes und des Wirkungsgrades.- 16.2.2 Staustrahltriebwerk (Lorin-Düse).- 16.2.3 Beispiel.- 16.3 Turbinenluftstrahltriebwerke.- 16.3.1 Aufbau und Wirkungsweise.- 16.3.2 Einsatzbereich, Vor- und Nachteile.- 16.4 Der offene Gleichdruckprozeß für stationäre Gasturbinen.- 16.4.1 Aufbau und Wirkungsweise.- 16.4.2 Das Arbeits- und Wärmediagramm.- 16.4.3 Ermittlung des Wirkungsgrades.- 16.4.4 Der reale offene Kreisprozeß.- 16.4.5 Beispiele.- 16.5 Der geschlossene Gleichdruckprozeß für stationäre Gasturbinen.- 16.5.1 Aufbau und Wirkungsweise.- 16.5.2 Das Wärmediagramm.- 16.5.3 Der reale geschlossene Kreisprozeß.- 16.5.4 Hauptkennwerte und Wirkungsgrade.- 16.5.5 Die Vor- und Nachteile der geschlossenen gegenüber der offenen Gasturbinenanlage.- 16.6 Teilgeschlossene Gasturbinenprozesse.- 16.7 Werkstoffe.- 16.8 Einsatzgebiete und Größenordnung.- 17 Entwicklungstendenzen.- 17.1 Kernreaktoren.- 17.1.1 Energieerzeugung im Kernkraftwerk.- 17.1.2 Reaktortypen.- 17.2 Vergrößerung des Wirkungsgrades.- 17.3 Direkte Umwandlung chemischer in elektrische Energie.- 17.4 Umwandlung chemischer in elektrische Energie über Wärme.- 17.5 Umweltschutz.- A 1 Symbole und Einheiten.- A 1.1 Symbole.- A 1.1.1 Das griechische Alphabet.- A 1.1.2 Formelbuchstaben und deren Bedeutung; Einheiten.- A 1.1.3 Indizes und deren Bedeutung.- A 1.2 Einheiten.- A 1.2.1 Die Basiseinheiten des Internationalen Einheitensystems.- A 1.2.2 Vorsätze von Einheiten und deren Kurzzeichen.- A 1.2.3 Die wichtigsten Einheiten und Umrechnungsbeziehungen.- A 2 Formelsammlung.- A 2.1Wärmelehre.- A 2.1.1 Zustandsänderungen.- A 2.1.2 Exergie, Anergie, Dissipation, Exergieverlust.- A 2.1.3 Verbrennung.- A 2.2 Strömungslehre.- A 2.3 Wirkungsgrade und Maschinen.- A3 Tabellen und Diagramme.- A 3.1 Physikalische und Stoffkonstanten.- A 3.1.1 Physikalische Konstanten.- A 3.1.2 Die chemischen Elemente.- A 3.1.3 Stoffwerte fester Stoffe.- A 3.1.4 Stoffwerte von Flüssigkeiten.- A 3.1.5 Stoffwerte von Gasen.- A 3.2 Wärmelehre.- A 3.2.1 Die spezifische Wärmekapazität der wichtigsten Gase.- A 3.2.2 Die spezifische absolute Entropie der wichtigsten Gase.- A 3.2.4 Dampftafel für überhitzten Wasserdampf.- A 3.2.7 Zeichensymbole nach DIN 2481.- A 3.3 Strömungslehre.- A 3.3.1 Die kinematische Viskosität der wichtigsten Flüssigkeiten und Gase.- A 3.3.2 Die Rohrreibungszahl.- A 3.3.3 Widerstandszahlen für verschiedene Rohrleitungseinbauten.- A 3.3.6 Expansionszahlen e für beliebige Gase und Dämpfe nach DIN 1952.- A 3.4 Verbrennung.- A 3.4.1 Heizwert und Zusammensetzung fester und flüssiger Brennstoffe in Massenteilen in Prozent.- A 3.4.2 Heizwert und Zusammensetzung gasförmiger Brennstoffe in Raumteilen in Prozent.- A 3.4.3 Brenn- und Heizwert einiger Stoffe.- A 3.4.4 Das Enthalpie-Temperatur-Diagramm eines typischen Rauchgases.- Lösung der Übungsaufgaben.- Ergänzende und weiterführende Literatur.- Sachwortverzeichnis.