Anlagenbilanzierung in der Energietechnik: Grundlagen, Gleichungen und Modelle für die Ingenieurpraxis (German Edition)

Dieses Lehrbuch beschreibt ausführlich das Vorgehen und die Methodik von Anlagenbilanzierungen in der Energietechnik. Studenten und Ingenieuren wird damit ein umfangreiches Rüstzeug zur Planung und Optimierung der Anlagen an die Hand gegeben. Neben Grundgleichungen, Modellierungsansätzen und numerischen Methoden wird die stoffliche und energetische Bilanzierung anhand einer Vielzahl von Beispielrechnungen ausgeführt. Das Buch spannt dabei einen Bogen von der Funktionsweise der Komponenten über die Grundlagen der Thermodynamik, Reaktionsrechnung, Phasengleichgewichtsrechnung und Stoffwertberechnung bis hin zur computergestützten Umsetzung. Beachtung finden alle relevanten Anlagenkomponenten der Energietechnik wie Brennkammern, Turbinen, Kompressoren, Wärmetauscher, Gleichgewichtsstufen und Synthesereaktoren. Vorwort 6 Abkürzungsverzeichnis 7 Inhaltsverzeichnis 19 1 Einleitung 24 1.1 Anlagenplanung in der Energietechnik 24 1.2 Anlagenbilanzierung in der Energietechnik 25 1.3 Rechnereinsatz in der Energietechnik 26 2 Energieanlagen 28 2.1 Anlagen zur Nutzung fester Brennstoffe 28 2.2 Anlagen zur Nutzung gasförmiger Brennstoffe 38 2.3 Anlagen zur Nutzung flüssiger Brennstoffe 46 3 Programme zur Anlagenbilanzierung 48 3.1 Programmmerkmale 49 3.2 Kommerzielle Programme 51 4 Grundlagen der Thermodynamik 53 4.1 Systeme 53 4.2 Zustandsgrößen 54 4.3 Zustandsänderungen 68 4.4 Zustandsgleichungen 70 4.5 Energie und ihre Erscheinungsformen 78 4.6 Arbeit, Wärme und Leistung 79 4.7 Wärmeübertragung 81 5 Grundlagen der Bilanzierungsrechnung 86 5.1 Bilanzgleichungen 87 5.2 Auswertung und Darstellung 102 6 Grundlagen der Reaktionsrechnung 109 6.1 Reaktionsgleichgewichte 109 6.2 Reaktionskinetik 116 7 Grundlagen der Phasengleichgewichtsrechnung 129 7.1 Phasengleichgewichte 129 7.2 Berechnung der Fugazitäten der Dampfphase 132 7.3 Berechnung der Fugazitäten der Flüssigphase 136 7.4 Aktivitätsmodelle 139 7.5 Ausgewählte Rechenbeispiele 143 8 Stoffwerte und Stoffklassen 157 8.1 Wärmekapazität 157 8.2 Dynamische Viskosität 162 8.3 Kinematische Viskosität 166 8.4 Wärmeleitfähigkeit 167 8.5 Diffusionskoeffizient 170 8.6 Verdampfungsenthalpie 171 8.7 Dampfdruck 173 8.8 Heizwert 175 8.9 Zustandsgrößen 177 9 Modellierung stationär betriebener Anlagenkomponenten 189 9.1 Modellierungsansätze 189 9.2 Ausgewählte Rechenbeispiele 232 10 Modellierung instationär betriebener Anlagenkomponenten 261 10.1 Modellierungsansätze 261 10.2 Ausgewählte Rechenbeispiele 301 11 Numerik stationärer Bilanzierungsrechnungen 326 11.1 Formulierung der Bilanzgleichungen 327 11.2 Aufstellen des Gleichungssystems 328 11.3 Lösen des Gleichungssystems 329 11.4 Ausgewählte Rechenbeispiele 341 12 Numerik instationärer Bilanzierungsrechnungen 348 12.1 Formulierung der Bilanzgleichungen 350 12.2 Diskretisierung 351 12.3 Transformation der partiellen DGL in ein System gewöhnlicher DGL 352 12.4 Aufstellen des Gleichungssystems 372 12.5 Lösen des Gleichungssystems 372 12.6 Numerische Herausforderungen 377 12.7 Ausgewählte Rechenbeispiele 379 Anhang – Stoffdaten 445 Literatur 461 Sachverzeichnis 466 Grundgleichungen, Modellierungsansätze und numerische Verfahren der stofflichen und energetischen Bilanzierung von Energieanlagen werden in diesem Buch beschrieben. Der inhaltliche Bogen spannt sich dabei von der Funktionsweise energietechnischer Anlagenkomponenten über die Grundlagen der Thermodynamik, Reaktionsrechnung, Phasengleichgewichtsrechnung und Stoffwertberechnung bis zur computergestützten Umsetzung. Beachtung finden alle relevanten Anlagenkomponenten der Energietechnik (z. B. Brennkammern, Turbinen, Kompressoren, Wärmeübertrager, Gleichgewichtsstufen und Synthesereaktoren). Zur Verdeutlichung wird das methodische Handwerkszeug an einer Vielzahl nachvollziehbarer Rechnungen ausgeführt. Der Inhalt {u2022} Aufbau und Funktion unterschiedlicher Energieanlagen {u2022} Grundlagen der Thermodynamik, Bilanzierungsrechnung, Reaktionsrechnung und der Phasengleichgewichtsrechnung {u2022} Stoffwerte und Stoffklassen {u2022} Modellierung stationär und instationär betriebener Anlagenkomponenten {u2022} Numerik stationärer und instationärer Bilanzierungsrechnungen Die Zielgruppe {u2022} Studenten im fortgeschrittenen Studium energie- und verfahrenstechnischer Fächer sowie des Chemieingenieurwesens {u2022} Ingenieure, Wissenschaftler, Dozenten Der Autor Dr.-Ing. Stefan Rönsch, Deutsches Biomasseforschungszentrum (DBFZ) Front Matter....Pages I-XXV Einleitung....Pages 1-4 Energieanlagen....Pages 5-24 Programme zur Anlagenbilanzierung....Pages 25-29 Grundlagen der Thermodynamik....Pages 31-63 Grundlagen der Bilanzierungsrechnung....Pages 65-87 Grundlagen der Reaktionsrechnung....Pages 89-108 Grundlagen der Phasengleichgewichtsrechnung....Pages 109-136 Stoffwerte und Stoffklassen....Pages 137-168 Modellierung stationär betriebener Anlagenkomponenten....Pages 169-240 Modellierung instationär betriebener Anlagenkomponenten....Pages 241-305 Numerik stationärer Bilanzierungsrechnungen....Pages 307-328 Numerik instationärer Bilanzierungsrechnungen....Pages 329-425 Back Matter....Pages 427-455 Dieses Lehrbuch beschreibt ausfuhrlich das Vorgehen und die Methodik von Anlagenbilanzierungen in der Energietechnik. Das Buch spannt dabei einen Bogen von der Funktionsweise der Komponenten uber die Grundlagen der Thermodynamik, Reaktionsrechnung, Phasengleichgewichtsrechnung und Stoffwertberechnung bis hin zur computergestutzten Umsetzung.