Zusammenfassung
Wir haben bisher nur Systeme behandelt, die aus reinen Stoffen bestehen, oder Gemische, deren Komponenten miteinander chemisch nicht reagieren. Wir wollen nun auch Prozesse untersuchen, bei denen sich die Stoffe chemisch verändern. Von diesen chemischen Reaktionen sind die Verbrennungsprozesse für den Ingenieur von besonderer Bedeutung, denn sie liefern die Energie für die Wärme- und Verbrennungskraftmaschinen. In den drei folgenden Abschnitten werden wir drei Grundgesetze der Thermodynamik auf die Verbrennungsprozesse anwenden:
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1.
Das Gesetz von der Erhaltung der Masse. Es dient dazu, aus der gegebenen Brennstoffmenge die zur Verbrennung nötige Luftmenge und die Menge der entstehenden Abgase zu bestimmen.
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2.
Der 1.Hauptsatz. Chemische Reaktionen, insbesondere die Verbrennungsprozesse sind stets mit Energieumwandlungen verbunden. Die „chemische“ Energie, nämlich die bei einer chemischen Reaktion meistens als Wärme frei werdende chemische Bindungsenergie, stellt eine der wichtigsten Energiequellen dar, aus welcher der Bedarf an mechanischer oder elektrischer Energie gedeckt wird.
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3.
Der 2.Hauptsatz. Die thermodynamische Vollkommenheit der Energieumwandlung wird auch bei einer chemischen Reaktion durch den 2. Hauptsatz beurteilt. Wir werden erkennen, daß die Verbrennungsprozesse in technischen Feuerungen oder in Verbrennungskraftmaschinen irreversible Prozesse sind, die große Exergieverluste nach sich ziehen.
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Referenzen
Man beachte : Da die Substanzmenge ein stoffspezifisches Mengenmaß ist, stimmt die Anzahl der kmol auf der einen Seite der Gleichung im allgemeinen nicht mit der Zahl der kmol auf der anderen Seite überein. Die Substanzmenge ist proportional der Molekülzahl, die sich bei der chemischen Reaktion ändert. Dagegen bleibt die Masse aller Stoffe bei der Reaktion konstant.
Wir sehen die Luft als trocken an und vereinfachen die Rechnungen, indem wir ihre Zusammensetzung zu 21 Mol-% O2 und 79 Mol-% N2 annehmen.
Der im Brennstoff enthaltene Sauerstoff wird bei der Bestimmung von lmin berücksichtigt; er erscheint daher nicht an dieser Stelle.
Zum Orsat-Apparat und anderen Analysengeräten für Abgase vgl. man z.B. Gramberg, A.: Technische Messungen bei Maschinenuntersuchungen und zur Betriebskontrolle. 7.Aufl., S.368–399. Berlin-Göttingen-Heidelberg: Springer 1959.
Vgl. hierzu Normblatt DIN 51900: Bestimmung des Brennwertes und des Heizwertes, Ausgabe April 1966.
Ein derartiges Diagramm wurde erstmals von W. Schüle, Z. VDI 60 (1916) S.63, vorgeschlagen.
Baehr, H. D., Hartmann, H., Pohl, H.-Chr., Schomäcker, H. : Thermo-dynamische Funktionen idealer Gase für Temperaturen bis 6000°K. Berlin-Heidelberg-New York : Springer 1968.
Wagman, D. D., Evans, W. H., Parker, V. B., Halow, L, Bailey S. M., Schumm, R. H.: Selected Values of Chemical Thermodynamic Properties. Natl. Bur. of Standards, Techn. Note 270–3, 1968.
Als ausführliche Darstellungen der Probleme und des Forschungsstandes seien genannt: H. A. Liebhafsky u. E. J. Cairns: Fuel Cells and Fuel Batteries. New York, London, Sydney, Toronto: J.Wiley & Sons 1968. — W. Vielstich: Brennstoffelemente. Verlag Chemie, Weinheim 1965.
Der Exergienullpunkt des SO2 muß durch eine zusätzliche Festlegung bestimmt werden. Wir sehen hiervon ab und behandeln nur schwefelfreie Brennstoffe. Der Schwefelgehalt wird berücksichtigt bei J. Szargut u. T. Styrylska: Angenäherte Bestimmung der Exergie von Brennstoffen. Brennst. Wärme-Kraft 16 (1964) 589–596.
Der Sättigungsdruck des H2O in feuchter Luft hängt nach S. 218 geringfügig vom Gesamtdruck p = p u ab. Wir vernachlässigen dies auch hier und rechnen mit dem Dampfdruck des reinen H2O, der den Wasserdampftafeln, z.B. Tab. 10.10 entnommen werden kann.
Baehr, H. D.: Die Exergie der Brennstoffe. Brennst.-Wärme-Kraft 31 (1979) S. 292–297.
Baehr, H. D., u. Schmidt, E. F.: Definition und Berechnung von Brenn-stoffexergien. Brennst.-Wärme-Kraft 15 (1963) 375–381.
Baehr, H. D. : Zur Definition exergetischer Wirkungsgrade. Eine systematische Untersuchung. Brennst.-Wärme-Kraft 20 (1968) S. 197–200.
; Vgl. hierzu auch Baehr, H. D. : Der exergetische Wirkungsgrad von Brennkammern in Gasturbinenanlagen. Brennst.-Wärme-Kraft 20 (1968) S. 319/321.
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Baehr, H.D. (1984). Verbrennungsprozesse. In: Thermodynamik. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-10531-3_8
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