Thermodynamische Kreisprozessberechnung

Thermodynamische (Kreis-)Prozesse werden zur Wandlung von Wärme in Arbeit (rechtsgängige Wärme-/Kraftprozesse) bzw. zur Bereitstellung von Wärme bei tiefen Temperaturen  (linksgängiger Kältemaschinenprozess) oder hohen Temperaturen (linksgängiger Wärmepumpenprozess) eingesetzt. In verstärktem Maße werden heutzutage unterschiedliche  Prozesse miteinander kombiniert, um die Energieeffizienz bei der Energiewandlung und -bereitstellung zu verbessern. Beispielhaft sei die thermische Rekuperation bei Verbrennungsmotoren genannt, bei der durch zusätzliche Nutzung der im Abgas enthaltenen Restenergie der Gesamtwirkungsgrad bei der Energiewandlung gesteigert werden kann. Dies wird ermöglicht durch die Kombination des Motorprozesses mit einem CR (Clausius Rankine) – Prozess bzw. OCR (Organic Clausius Rankine) – Prozess.

Bestandteil einer thermodynamischen Kreisprozessberechnung ist die energetische Beschreibung der Funktionsweise aller beteiligter Anlagenkomponenten. Dazu muss die Abhängigkeit thermischer (p,T,v) und kalorischer (u, h, s) Zustandsgrößen sowie deren Berechnung mittels Zustandsgleichungen für die verwendeten Arbeitsmittel der Kreisprozesse ermöglicht werden. In der Regel erfolgt eine Kreisprozessberechnung für den stationären Beharrungszustand. Die Erhaltungsgleichungen für Masse und Energie werden mit einem geeigneten Simulationsprogramm gelöst. Zielgrößen wie Wirkungsgrade, Zustandsgrößen und Prozessgrößen können numerisch ausgewertet und in Diagrammform dargestellt werden. Aussagen zur Kreisprozessoptimierung werden mittels Entropie- und Exergiebetrachtungen ermöglicht.