Beschreibung / Inhalt

1. Exergie
2. Wärmekraftprozesse mit Gasen
3. Mischungen
4. Thermodynamische Zusammenhänge
5. Thermodynamik reagierender Stoffe
6. Das chemische Gleichgewicht
7. Wärmeübertragung, eine Einführung
   • 7.1. Die Grundformen der Wärmeübertragung
   • 7.2. Der Wärmedurchgang
   • 7.3. Wärmeübertrager

Lernergebnisse / Kompetenzen

Die Studierenden sollen das Konzept der Exergie zur Beurteilung des Wertes unterschiedlicher Energieformen beherrschen. Die wichtigen Prozessparameter für thermodynamische Modellprozesse für Gaskraftmaschinen sollen bekannt und verstanden sein. Die Anwendungen thermodynamischer Gesetzmäßigkeiten auf ideale Mischungen (insbesondere von Gasen, und feuchter Luft) soll leicht gelingen, ebenso wie die Anwendung der Hauptsätze auf reagierende Systeme, mit dem Hauptaugenmerk auf der Verbrennung und technisch relavanter Gasphasenumwandlungen (Reforming etc.). Die thermodynamischen Zusammenhänge für Reinstoffe (z.B. Maxwell-Relationen) wie auch für Mehrkomponenten-Gemische werden beherrscht, das chemische Potential wird verstanden. Die einfachen (maximal eindimensionalen) Gesetzmäßigkeiten der Wärmeübertragung wie das Newtonsche Abkühlungsgesetz, das Stefan-Boltzmann-Gesetz und das Fouriersche Gesetz werden sicher beherrscht und auch im Rahmen des Wärmewider-standskonzeptes angewandt.

Im Rahmen des Praktikums werden vertiefte praktische Kenntnisse der in der Vorlesung vermittelten Gebiete erworben. Im Rahmen der Literaturrecherche zu aktuellen Themen aus der Thermodynamik werden elektronische Datenbanken benutzt und der Aufbau wissenschaftlicher Artikel kennen gelernt.

Lehrform

• Präsenzveranstaltung, Vortrag mit Projektorund Tablet; Veranschaulichungen mit Powerpoint
• Übungen als Präsenzveranstaltung mit Aufgaben zum Lösen durch Studierende, zum Teil vorgerechnet durch Assistenten:Overheadprojektor/Tafel.
• Unterlagen und Forum in moodle
• praktische Laborversuche durchzuführen von Studierenden, mit Antestat und Versuchsprotokoll

Beschreibung / Inhalt

Lernergebnisse / Kompetenzen

Lehrform

Description

The fundamentals of thermodynamics, introduced in the first part of this lecture, will be applied more extensively to idealized technical systems and an introduction to chemical thermodynamics and heat transfer will be given.

Contents

1. Recapitulation of the first course
2. Availability (Exergy)
3. Gas power cycles
4. The properties of simple mixtures
5. Mixtures of ideal gases and vapors (humid air)
6. Thermodynamics of chemical reactions and the third law (Combustion)
7. Chemical Equilibrium
8. Basic of  heat transfer

Learning objectives / skills

Upon successful completion of this course, students will have gained working knowledge of:

• The second law of thermodynamics and be capable of using the law to design systems and machines to perform thermodynamic operations for control volumes.
• The students should have a good understanding of the differences between vapor and gas cycles and should also have a sense of the most influential parameters for each type of cycle. The concepts to improve cycles using e.g. regenerative heaters or intercoolers should be understood and be rationalized using thermodynamic diagrams.
• The student should now be familiar with the availability concept, to quantify the quality of an energy source.
• The correlation between thermodynamics and the reduction of environmental pollution should be clear.
• The student should be able to calculate changes of state of systems with humid air and should be able to use the Mollier diagram to describe such processes.
• The thermodynamics of combustion processes should be well understood, so that adiabatic flame temperatures, enthalpies of combustion etc. for simple molecular fuels can be calculated.
• The fundamental modes of heat transfer should be understood. The students should be able to solve simple one dimensional steady state conduction problems, simple transient heat conduction problems as well as simple convection problems.

With this knowledge the students should be able to follow the advanced lectures is process engineering, energy technology and combustion engines.

Teaching form

• lecture (Powerpoint & transparencies)
• excercises ( home work, solved problems)
• laboratory experiments

Description / Content

Learning objectives / skills

Teaching form

Beschreibung

Im Rahmen dieser Vorlesung soll eine Einführung in die grundlegenden Gesetzmäßigkeiten der Wärmeund Stoffübertragung gegeben werden, die in sehr vielen technischen Prozessen eine große Rolle spielen. Sie erlauben uns Vorhersagen zur Geschwindigkeit der Wärme- und Stoffübertragung und geben uns somit Mittel an die Hand, technische Anlagen auszulegen, bei denen die Wärmeübertragung eine Rolle spielt.

Somit werden die Inhalte dieser Vorlesung in der Energie- und Verfahrenstechnik, aber nicht nur dort, benötigt.

Inhalt

1. Einführung/ Konzepte- Wärmeleitung (stationär, instationär)
2. Konvektion (Grenzschichten, erzwungene/ freie Konvektion, überströmte Körper, durchströmte Körper)
3. Wärmeübertragung mit Phasenübergang (Sieden, Kondensieren)
4. Wärmeübertrager (Typen, Methoden der Auslegung)

[evtl.:

5. Wärmestrahlung]
6. Diffusion und Stoffübertragung

Lernergebnisse / Kompetenzen

Aufbauend auf den thermodynamischen Grundlagen, sollen die Studierenden die Grundkonzepte der Wärme- und Stoffübertragung verstehen und anwenden können. Die Lehre der Wärme- und Stoffübertragung beschäftigt sich mit der Geschwindigkeit, mit der sich thermodynamische Gleichgewichte einstellen. Zunächst werden für jede Art der Wärme- und Stoffübertragung die physikalischen Grundlagen und Gleichungen besprochen, anhand exakter Lösungen oder empirischer Korrelationen, sollen die Studierenden die Lösung typischer (einfacher) Problemstellungen aus der Technik kennen lernen und in den Übungen selbstständig anwenden.

Hierbei soll auch mathematische Software zur Lösung der partiellen Differentialgleichungen der Wärmeübertragung eingesetzt werden. Ziel ist es, dass die Studierenden für eine gegebene Problemstellung aus der Wärme- und Stoffübertragung, das Problem bezüglich der wichtigsten Prozesse klassifizieren und daraufhin die entsprechenden Gleichungen formulieren können. Die Studierenden sollen in der Lage sein, mögliche Vereinfachungen der Gleichungen (1D, stationär,...) zu erkennen und damit einfache Lösungswege zu finden. Die Analogie zwischen Wärmeleitwiderstand und elektrischen Widerständen soll verstanden worden sein ebenso wie das Konzept des Wärmedurchgangs. Für konvektive Wärmeübertragung soll der Studierende die analytische Lösungen für einfache Problemstellungen verstehen und die Konzepte der Ähnlichkeitstheorie anwenden können, um damit Auslegungsrechnungen durchführen zu können. Die Analogie zwischen Problem der Wärme- und der Stoffübertragung sollen verstanden werden, ebenso wie die Grenzen. Der Studierende soll die Vor- und Nachteile verschiedener Wärmeüberträger kennen lernen, um eine rationelle Auswahl treffen zu können. Die Grundlagen der Wärmestrahlung und deren Anwendung auf einfache Problemstellungen sollen beherrscht werden.

Lehrform

• Präsenzveranstaltung: Tablet- und Computerunterstützte Präsentation (Power Point) und selbständige Bearbeitung von Übungs- und Hausaufgaben, incl. Computeranwendung
• Unterlagen und Forum in moodle

Beschreibung / Inhalt

1. Einleitung
   • Typische Problemstellungen
2. Thermische Zustandsgleichung realer Fluide
3. Wiederholung der Grundlagen
   • Die Hauptsätze & Gleichgewichtsbedingungen
   • Freie Enthalpie, chemische Potentiale & th. Zusammenhänge
4. Verhalten realer Fluide, Phasengleichgewichte von Reinstoffen
5. Mischungen/Lösungen
   • Von idealen zu realen Mischungen
6. Reaktionsgleichgewichte
   • Von den Konzepten zu den Anwendungen
   • Der Bezug zur Elektrochemie (Elektrolyse, Brennstoffzellen & Korrosion)
7. Chemische Exergie

Lernergebnisse / Kompetenzen

• Die Studierenden  kennen die Konzepte und Gleichgewichtsbedingungen der Mischphasenthermodynamik
• Die Studierenden können die Konzepte zur Vorhersage von Phasengleichgewichten mit zumindest zwei Komponenten für rele Fluide und Fluidmischungen anwenden
• Die Studierenden können chemische Gleichgewichte auch für reale heterogene Gemische mit Hilfe selbst geschriebener Computerprogramme berechnen und die dazugehörige Theorie erläutern.
• Die Studierenden können sich wissenschaftliche Inhalte aus dem Bereich der chemischen Thermodynamik selbst erarbeiten und im Rahmen eines Seminarvortrags strukturiert und verständlich vermitteln.

Lehrform

Inverted Classroom: Die Studierenden bereiten das jeweilige vorgegebene Kapitel anhand von Leitfragen vor, die Fragen der Studierenden und vertiefende Erläuterungen und Diskussionen der Thematik erfolgt in Präsens. Hinzu kommen Computerübungen und ein Seminarvortrag.

Beschreibung / Inhalt

Ein individuelles, an die in den Lehrstühlen laufende Forschung angelehntes, Forschungsprojekt wird den Studierenden zur eigenständigen, von einem Wissenschaftler betreuten Arbeit gestellt.

Die Studierenden bearbeiten die Aufgabe, recherchieren, beschreiben Grundlagen, Arbeit und Ergebnisse und stellen ihre Arbeit im Rahmen eines Seminarvortrages zur Diskussion.

Lernergebnisse / Kompetenzen

Die Studierenden erlernen das eigenständige experimentelle Arbeiten in modern ausgestatteten Forschungslaboratorien. Sie beschäftigen sich mit der Literaturrecherche, erlernen das Verfassen eines Forschungsberichts und die Präsentation von Forschungsergebnissen.