Veranstaltungsarten (SWS)
Vorlesung: 1 │ Übung: 2 │ Praktikum: 0 │ Seminar: 0
Prüfungsnummer: ZKB 40381
Lehrform:

Die Präsenzveranstaltung beinhaltet eine flexible Kombination von Vorlesung und Übung. Die Vorlesung wird hauptsächlich mit Overheadprojektor gehalten, zum Teil werden unterstützende Powerpoint-Präsentationen genutzt. Es wird auf eine starke Beteiligung der Studierenden u.a. durch Diskussionen Wert gelegt.
Die Übungen sind hauptsächlich Computerübungen, in denen die Studierenden Problemstellungen in kleine Computerprogramme übertragen, um damit Parametervariationen untersuchen zu können. Zum Teil werden auch Computerprogramme zur Verfügung gestellt, die von den Studierenden variiert und erweitert werden sollen.

Sprache: Deutsch
Turnus: WS
ECTS: 4
Prüfungsleistung

Die Prüfungsleistung besteht aus drei Hausaufgaben, die aus je einer Analyse, einer Modellbildung und einem Designvorschlag für ein einfaches thermisches System bestehen. Es wird neben dem Schreiben eines Computerprogramms (in einer wählbaren Programmiersprache: Python, MATLAB, C++, Fortran), ein kurzer Text mit Erläuterungen des Programms und einer Interpretation der Ergebnisse erwartet. Diese werden benotet, hieraus ergeben sich 70% der Gesamtnote.
Eine Mündliche Prüfung von ca. 30 min. über die drei Hausaufgaben ergeben die weiteren 30% der Gesamtnote.

zugeordnete Studiengänge
zugeordnete Personen
zugeordnete Module
Informationen
Beschreibung:

Die Veranstaltung bespricht anhand exemplarischer Beispiele (u.a. Wärmeübertragernetzwerk, Wärmespeicher, thermische Behandlung von Werkstoffen) die Analyse thermischer Systeme im Hinblick auf die erzeugte Entropie bzw. den Exergieverlust im Hinblick auf erforderliche Randbedingungen. Die Modellbildung solcher Systeme wird beginnend mit der stationären Modellierung über die instationäre- bis hin zur eindimensional-instationären Modellierung im Hinblick auf die Parameteranalyse, Sensitivität auf verschiedene Parameter, bis hin zum akzeptablen Design besprochen und von den Studierenden durchgeführt. Ausgehend vom akzeptablen Design wird die Parameteroptimierung im Hinblick auf ein optimales Design behandelt.
Die Veranstaltung beinhaltet einen großen Teil Computer-Übungen, in denen die praktische Umsetzung der erlernten Methoden im Vordergrund steht.

Inhalt:
- Einführung

- Python, eine objektorientierte Skriptsprache und ihr Einsatz bei wissenschaftlich-technischen Problemstellungen
- Analyse und Modellierung thermischer Systeme
- Design thermischer Systeme: akzeptables Design
- Entropieproduktion als Kriterium zur Beurteilung thermischer Systeme
- Ausblick: Design thermischer Systeme: optimales Design
- Ausblick: Ökonomische Erwägungen
- Zusammenfassung

Lernziele:

Der/Die Studierende kennt nach erfolgreicher Teilnahme der Veranstaltung die wichtigsten Kriterien zur Auslegung und zum Design thermischer Systeme und kann sie aktiv auf vorliegende Problemstellungen anwenden. Er/Sie hat die Bedeutung der mathematischen Modellbildung verstanden und ist in der Lage für eine gegebene Aufgabe zu entscheiden, welche Art von Modell (Dimensionalität) zur ausreichenden Beschreibung notwendig ist. Er/Sie ist in der Lage ein entsprechendes Modell zunächst mathematisch zu formulieren und es dann in eine Computersprache (in der Regel Python/Numpy/SciPy) zu übertragen, sowie Parameterstudien daran durchzuführen. Den Studierenden ist der Weg vom akzeptablen zum optimalen Design bekannt und er/sie ist in der Lage ein Modell so zu formulieren, dass es mit gebräuchlichen Optimierungsroutinen unter Einhaltung vorgegebener Parameterbereiche optimiert werden kann.
Neben den rein thermodynamischen Optimierungskriterien (Entropieerzeugungs-Minimierung, Pinch Methode) ist auch die Bedeutung der Optimierung anhand ökonomischer Kriterien bekannt.

Literatur:

- Jaluria, Yogesh : Design and optimization of thermal systems .- 2. ed. . - Boca Raton [u.a.] : CRC Press , 2008 ISBN: 978-0-8493-3753-6

- Bejan, Adrian; Moran, Michael J.; Tsatsaronis,George : Thermal design and optimization . - New York [u.a.] : Wiley , 2010 ISBN: 0-471-58467-3

- Bejan, Adrian : Advanced engineering thermodynamics .- 3. ed. . - Hoboken, NJ : Wiley , 2006 ISBN: 978-0-471-67763-5

- Langtangen, Hans Petter : A Primer on Scientific Programming with Python - Berlin, Heidelberg : Springer Berlin Heidelberg , 2009 . - ISBN: 9783642024757. http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-02475-7

Vorleistung:

Thermodynamik (1 & 2) möglichst: Wärme- und Stoffübertragung

Infolink: moodle.uni-due.de/course/view.php?id=154
Bemerkung:
Description:

Within the lecture exemplary examples (like heat transfer systems, heat storage, thermal treatment of material) for the analysis of thermal systems with regard to the produced entropy or the exergy loss with regard to the necessary boundary conditions. The modelling of those systems is started by discussing the stationary modelling via instationär- up to the one dimensional-instationär modelling with regard to parameter analysis, sensitivity on different parameters, up to an acceptable design, and then performing it by the students. Based on the acceptable design the parameter optimization with regard to optimal design is handled. The lecture contains a huge part of computer-exercise, where the practical implementation of the gained knowledge are paramounted.

Contents:
- Introduction
- Entropy production as criterion for the evaluation of thermal systems
- Python, an object oriented programming language and its usagage in engineering
- Analysis of thermal systems
- Modeling of thermal systems
- Design of thermal Systems: acceptable design
- Outlook: Optimization: Procedures and strategies
- Summary

Learning Targets:

After the successful participation in the course the student know the most important criteria for interpretation and for the design of thermal systems and can use them actively on existing problems after the successful participation in the course. He/ she has understood the meaning of mathematical modelling and is able to decide, which kind of model (dimensionality) is necessary for a given exercise, to do a sufficient description.
He/ she is able to express the model in a mathematical way and then transfer it into computer language, and conduct a parameter study. The students knows the way from an acceptable to an optimal design and he/she can describe a model, so that it can be optimized with the help of common optimization routine in compliance of given parameter areas. Besides the purely thermodynamic optimization criteria (entropy production – minimization, pinch method) the meaning of optimization by means of economic criteria is also known.

Literature:

- Jaluria, Yogesh : Design and optimization of thermal systems .- 2. ed. . - Boca Raton [u.a.] : CRC Press , 2008 ISBN: 978-0-8493-3753-6

- Bejan, Adrian; Moran, Michael J.; Tsatsaronis,George : Thermal design and optimization . - New York [u.a.] : Wiley , 2010 ISBN: 0-471-58467-3

- Bejan, Adrian : Advanced engineering thermodynamics .- 3. ed. . - Hoboken, NJ : Wiley , 2006 ISBN: 978-0-471-67763-5

- Langtangen, Hans Petter : A Primer on Scientific Programming with Python - Berlin, Heidelberg : Springer Berlin Heidelberg , 2009 . - ISBN: 9783642024757. http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-02475-7

Pre-Qualifications:
Info Link: moodle.uni-due.de/course/view.php?id=154
Notice: