Fluidenergiemaschinen: Band 1: Physikalische Voraussetzungen, Kenngrößen, Elementarstufen Der Strömungs- Und Verdrängermaschinen

ISBN-13: 9783642867330 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 494 str.

Werner Fister

Opis

Der vorliegende erste Band dieses Buches, dessen Titel aus der von mir fur alle Maschinenbaustudenten der Ruhr-Universitat Bochum gehaltenen Pflichtvorlesung Fluidenergiemaschinen entlehnt ist, soll entsprechend der Wortneuschopfung dem Streben naCH moglichst gemeinsamer Behandlung von Stromungs- und Verdran germaschinen Ausdruck geben, was dem ursprunglichen Bochumer Konzept fur das Maschinenbaustudium entspricht. Nach diesem Konzept sollte das Grundlagenwis sen filr den Maschinenbauingenieur, welches selbst von Anderungen des physikali schen Weltbildes in den kommenden Jahren voraussichtlich wenig beruhrt werden durfte, sehr intensiv vermittelt werden, wahrend die Auslegung und Konstruktion von Maschinen und Anlagen, welche den sich andernden Bewertungsmassstaben und dem sich wandelnden Zeitgeschmack unterliegen, nur an wenigen Beispielen der modernen Technik behandelt werden sollten. Als ein Beispiel in diesem Sinne ist die Stromungsmaschine gewahlt worden, weil einerseits zu ihrer Auslegung das gesamte Grundlagenwissen angewendet werden kann, und andererseits gegenwartig ein gegenuber der Verdrangermaschine weiter gehendes theoretisches Eindringen in die Funktionsablaufe moglich ist. Die durch diese Wahl benachteiligten Verdrangermaschinen verlangten .jedoch auf grund ihrer grossen Verbreitung und ihrer sowohl technischen als auch wirtschaft lichen Bedeutung nach einer Berucksichtigung, ohne den Lehrstoff unnotig aufzu blahen, so dass eine mit der genannten Wortneuschopfung bezeichnete gemeinsame Behandlung beider Maschinenarten aufgegriffen wurde. Im vorliegenden Band werden die Stromungs- und Arbeitsvorgange nur vom Fluid aus betrachtet, wobei uber die geometrischen Abmessungen der gedachten Fluid energiemaschinen noch nichts ausgesagt wird.

Spis treści

1. Einführung.- 1.1 Definition des Begriffes “Fluidenergiemaschine”.- 1.2 Zur geschichtlichen Entwicklung.- 1.2.1 Zeittafel der “Wasser”-Energiemaschinen.- 1.2.2 Zeittafel der “Luft”-Energiemaschinen.- 1.2.3 Zeittafel der “Dampf”-Energiemaschinen.- 1.2.4 Zeittafel der “Heißgas”-Energiemaschinen.- 1.3 Eine Systematik der Fluidenergiemaschinen.- 1.4 Maschine und Anlage.- Literatur zu Kapitel 1.- 2. Einige thermodynamische Voraussetzungen.- 2.1 Hauptsätze der Thermodynamik.- 2.1.1 Systeme.- 2.1.2 Erster Hauptsatz.- 2.1.2.1 Anwendung auf geschlossene Systeme.- 2.1.2.2 Anwendung auf offene Systeme.- 2.1.3 Zweiter Hauptsatz.- 2.1.3.1 Definitionen und Fundamentalgleichung.- 2.1.3.2 Exergie und Anergie.- 2.2 Thermodynamische Prozesse in Fluidenergiemaschinen.- 2.2.1 Definition und Berechnung üblicher Vergleichsprozesse.- 2.2.1.1 Polytrope.- 2.2.1.2 Isentrope.- 2.2.1.3 Isotherme.- 2.2.2 Darstellung der Prozesse in Diagrammen.- 2.2.3 Definition und Berechnung von Prozeßwirkungsgraden.- 2.2.3.1 Polytroper Wirkungsgrad.- 2.2.3.2 Isentroper Wirkungsgrad.- 2.2.3.3 Isotherm er Wirkungsgrad.- 2.2.4 Definition des mechanischen Wirkungsgrades.- 2.2.5 Darstellung der Prozeßwirkungsgrade in Diagrammen.- 2.2.6 Definition mittlerer spezifischer Wärmekapazitäten.- 2.3 Hinweise auf Realgasverhalten.- Literatur zu Kapitel 2.- 3. Einige strömungstechnische Voraussetzungen.- 3.1 Kinematische Zusammenhänge.- 3.2 Integralsätze der Strömungsmechanik.- 3.2.1 Kontinuitätsgleichung.- 3.2.2 Impulssatz.- 3.2.3 Impulsmomentensatz.- 3.2.4 Energiesatz.- 3.3 Inkompressible Strömungen.- 3.3.1 Navier-Stokes-Gleichungen.- 3.3.2 Bernoul –Gleichung.- 3.3.3 Potentialströmung.- 3.3.4 Grenzschichten.- 3.3.5 Radseitenreibung.- 3.3.6 Strömung um Profile.- 3.3.7 Sekundärströmungserscheinungen.- 3.3.8 Kavitation.- 3.4 Kompressible Strömungen.- 3.4.1 Schallgeschwindigkeit und Schallausbreitung.- 3.4.2 Isentropes Ausströmen.- 3.4.3 Adiabate Rohr strömung.- 3.4.4 Verdichtungsstoß.- 3.4.5 Potentialgleichung.- 3.4.6 Prandtl-Regel.- Literatur zu Kapitel 3.- 4. Ähnlichkeitsgesetze für Fluidenergiemaschinen.- 4.1 Bildung der Kenngrößen.- 4.1.1 Theorien zur Herleitung von Ähnlichkeitsgesetzen.- 4.1.2 Bildung der Kenngrößen nach dem Buckingham-Theorem.- 4.1.3 Empirisch gebildete “Kennzahlen”.- 4.2 Kenngrößenfunktionen für Strömungsmaschinen.- 4.2.1 Diabate Strömungsmaschinen mit kompressiblen Fluiden.- 4.2.2 Adiabate Strömungsmaschinen mit kompressiblen Fluiden.- 4.2.3 Adiabate Strömungsmaschinen mit inkompressiblen Fluiden.- 4.2.4 Darstellung der Kenngrößenfunktionen.- 4.2.5 Kenngrößenkombinationen.- 4.3 Kenngrößenfunktionen für Verdrängermaschinen.- Literatur zu Kapitel 4.- 5. Die Strömungsmaschinenstufe.- 5.1 Darstellung und Bezeichnungen.- 5.2 Geschwindigkeitskdreiecke.- 5.3 Energetische Betrachtungen.- 5.4 EULER ’sche Hauptgleichung.- 5.5 Mittelwerte für die Stromfadentheorie.- 5.6 Kenngrößen der Stufe.- 5.6.1 Die adiabate Verdichterstufe.- 5.6.1.1 Die axiale Verdichterrepetierstufe.- 5.6.1.2 Die radiale Verdichterrepetierstufe.- 5.6.1.3 Zugeordnete Kenngrößenbereiche.- 5.6.2 Die adiabate Turbinenstufe.- 5.6.2.1 Die axiale Turbinenrepetierstufe.- 5.6.2.2 Die radiale Turbinenrepetierstufe.- 5.6.2.3 Die Frei strahlturbinenstufe.- 5.6.2.4 Zugeordnete Kenngrößenbereiche.- 5.7 Kenngrößen der Schaufelgitter.- Literatur zu Kapitel 5.- 6. Die Verdrängermaschinenstufe.- 6.1 Energetische und volumetrische Betrachtungen.- 6.1.1 Prozesse der Verdrängerverdichter.- 6.1.1.1 Idealisierte Verdichterprozesse.- 6.1.1.2 Bemerkungen zu realen Verdichterprozessen.- 6.1.2 Prozesse der Verdrängermotoren.- 6.1.2.1 Idealisierte Motorprozesse.- 6.1.2.2 Bemerkungen zu realen Motorprozessen.- 6.2 Funktionsrelevante Betrachtungen.- 6.2.1 Beispiele für Verdrängerverdichter.- 6.2.1.1 Hubkolbenverdichter.- 6.2.1.2 Drehkolbenverdichter.- 6.2.1.3 Kreiskolbenverdichter.- 6.2.1.4 Arbeitsbereiche einiger Verdrängerverdichter.- 6.2.2 Beispiele für Verdrängermotoren.- 6.2.2.1 Hubkolbenmotoren.- 6.2.2.2 Drehkolbenmotoren.- 6.2.2.3 Kreiskolbenmotoren.- 6.2.2.4 Arbeitsbereiche einiger Verdrängermotoren.- Literatur zu Kapitel 6.