Technische Thermodynamik 1

Lernziele:

Die Studierenden erlangen Verständnis von den Prinzipen der Technischen Thermodynamik und werden befähigt zum strukturierten Lösen von Aufgabenstellungen der Technischen Thermodynamik. Dazu erlernen die Studierenden unter anderem die Erstellung von Energiebilanzen unter unterschiedlichen Umweltbedingungen und die Ableitung von Energieformen.

Lehrinhalte:

Thermodynamik ist die Wissenschaft der Energie und Entropie, die Technische Thermodynamik ist die Wissenschaft der Anwendung der Thermodynamik im Ingenieurbereich, in Technik, in Industrie und beim privaten Verbraucher. Die Vorlesung gibt eine Einführung in die Umwandlung und Übertragung von Energieformen und den damit verbundenen Änderungen von Stoffeigenschaften in technischen Einrichtungen. Im Einzelnen werden folgende Teilthemen vermittelt:

• Ableitung der Energieformen
• Energiebilanz für geschlossene und offene Systeme
• Entropiebilanz und Irreversibilität technischer Prozesse
• Stoffeigenschaften realer Stoffe
• rechts- und linksläufige Kreisprozesse

Energietechnik

Lernziele:

Die Studierenden erwerben Kenntnisse über die Grundlagen der Energiewandlung. Sie werden befähigt, die unterschiedlichen Formen der Energiewandlung zu vergleichen, zu bewerten und entsprechend ihrer Umweltwirkung zu beurteilen

Lehrinhalte:

• Energietechnische Grundlagen
• Nutz- und Prozesswärme
• Dampfkraftwerke
• Kernkraftwerke
• Gasturbinen
• Kombinationskraftwerke
• stationäre Kolbenmotoren
• Brennstoffzellen
• Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung
• Wasserkraft
• Solartechnik
• Windenergie
• Biomasse
• Geothermie
• Energetische Müllverwertung
• Energieverteilung und -speicherung
• Liberalisierung der Energiemärkte
• Kyoto-Protokoll

Regenerative Energietechnik

Lernziele:

Die Studierenden erwerben vertiefende Kenntnisse zur Energiewandlung und der rechnergestützten Darstellung verschiedener Prozesse zur Energiewandlung. Durch das Modul werden sie befähigt, die mathematischen Modelle auf praktische Fragestellungen in verschiedenen Bereichen der Energiewandlung anwenden zu können und dabei die Wechselwirkungen mit der Umwelt und anderen Prozessen zu kontrollieren.

Lehrinhalte:

• thermodynamische Grundlagen der Energiewandlung (Hauptsätze, Kreisprozesse)
• Nationale und globale Entwicklung der Energiewandlung
• spezielle Anwendungsgebiete der Energietechnik (fossile Kraftwerke, Geothermie, Wasserkraftwerke, Wind- und Solarenergie, Kernenergie)
• Potentiale der Energiespeicherung
• Wechselwirkungen der Energiewandlung und der Umwelt

Thermodynamik der Verbrennung

Lernziele:

Durch dieses Modul erlangen die Studierenden Kenntnis über die thermodynamischen Grundlagen der Verbrennung. Sie werden befähigt, die thermodynamischen Berechnungen für verschiedene Brennstoffe und Gemische durchzuführen und die Entstehung von Emissionen zu bestimmen und zu vermeiden.

Lehrinhalte:

• grundlegende Begriffe
• mathematische Beschreibung laminarer flacher Vormischbrenner
• thermodynamische Grundlagen und Transportprozesse
• chemische Reaktionskinetik und Reaktionsmechanismen
• laminare Vormischflammen und nicht-vorgemischte Flammen
• Zündprozesse
• Navier-Stokes-Gleichungen
• turbulente reaktive Strömungen
• turbulente Vormischflammen und nicht-vorgemischte Flammen
• flüssige und feste Brennstoffe
• Motorklopfen
• Stickoxid-Bildung
• Bildung von Kohlenwasserstoffen und Ruß
• moderne CFD-Verfahren und Simulation
• moderne laserdiagnostische Verfahren

Motorthermodynamik

Lernziele:

Die Studierenden erlangen Erkenntnisse der thermodynamischen und reaktionskinetischen Prozesse im Verbrennungsmotor. Sie werden befähigt, den motorischen Innenprozess zu modellieren, typische motorische Parameter zu bestimmen, die durch die Prozesse entstehenden Emissionen zu berechnen und Prozesse in Abgaskatalysatoren zu simulieren.

Lehrinhalte:

• Einführung in die Modellierung der innermotorischen Prozesse wie Gemischbildung, Kompression, Zündung, Verbrennung und Schadstoffentstehung (gasförmig) auf Basis thermodynamisch-reaktionskinetischer Ansätze.
• Darstellung gängiger Modelle, wie z.B. das Einzonenmodell, das Zweizonenmodell nach Heider, Modell der fraktalen Flammausbreitung, den Zeldovichmechanismus, reaktionskinetische Ansätze zur Bestimmung der CO- und CH-Rohemmision
• Beschreibung der chemisch-physikalischen Prozesse in Abgaskatalysatoren (3-Wege-Katalysator)

Thermodynamics of Energy and Environmental Processes

Lernziele:

Die Studierenden erlernen die Grundlagen und Anwendung der Thermodynamik in Energie- und Umwelttechnischen Prozessen mit einem besonderen Fokus auf der Ermittlung von Stoffdaten. Weiterhin erlernen Sie die Grundlagen der Modellierung von Stoffdaten und Prozessen.

Lehrinhalte:

• Grundlagen der thermophysikalischen Stoffdaten, sowie deren Bestimmung mit experimentellen Methoden und ihre Vorhersage mit Hilfe prädiktiver Modelle

• Bewertung und quantitative Einschätzung der Qualität von Korrelationsgleichungen und Vorhersagemodellen

• Modellierung von Prozessen aus der Energie- und Umwelttechnik (Grundlagen und Einführung in wichtige Simulationswerkzeuge)

Technische Thermodynamik 2

Lernziele:

Die Studierenden erlangen ein weiterführendes Verständnis von den Prinzipien der technischen Thermodynamik und werden befähigt zum strukturierten Lösen von Aufgabenstellungen der technischen Thermodynamik. Dazu erlernen sie die Berechnung von Exergiebilanzen unter Beachtung unterschiedlicher Umwelt- und Prozessbedingungen.

Lehrinhalte:

• Exergiebilanzen
• rechts- und linksläufige Kreisprozesse
• klimatechnische Prozesse bei Berücksichtigung des Realgasgemisches feuchte Luft
• Energiebilanz bei Auftreten von Mischungs- und Verbrennungsvorgängen
• stationäre Wärmeübertragung
• Gleich- und Gegenstromwärmeübertrager
• Verbrennung
• Energieanlagen

Wärme- und Stoffübertragung

Lernziele:

Die Studierenden erlangen ein Verständnis von den Prinzipien der Wärme- und Stoffübertragung. Sie werden befähigt zum Lösen von Aufgaben der Wärme- und Stoffübertragung. Nach Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage, Bilanzgleichungen aufzustellen und Wärmeleitung zu berechnen.

Lehrinhalte:

• Einführung
• Technische Anwendungen
• Arten der Wärmeübertragung
• Wärmedurchgang
• Wärmeübertrager
• Arten der Stoffübertragung
• Wärmeleitung und Diffusion
• Wärmeleitungsgleichung
• stationäre und instationäre Wärmeleitung
• numerische Lösung von Wärmeleitproblemen
• Diffusion
• konvektiver Wärme- und Stoffübergang in einphasigen Strömungen und bei Phasenumwanldung
• Bilanzgleichungen (Masse, Impuls, Energie, Stoff, Navier-Stokes)
• Reynoldszahleinfluss
• Grenzschichtgleichungen
• überströmte und durchströmte Körper
• freie und erzwungene Konvektion
• Wärmeübergang beim Kondensieren und Sieden
• Wärmestrahlung
• schwarzer, grauer und realer Körper
• Strahlungsaustausch
• Gasstrahlung

Kälte- und Klimatechnik

Lernziele:

Die Studierenden erlangen grundlegende Kenntnisse der Funktion und Auslegung von Kälte- und Klimaanlagen. Dazu werden sie befähigt, die entsprechenden Berechnungen zu Dimensionierung und Einsatz durchzuführen und auf verschiedene Verfahren der Kälte- und Klimatechnik anzuwenden.

Lehrinhalte:

• Prinzipien der Kälteerzeugung
• Einführung in die grundlegende Funktion
• Auslegung und Optimierung von Kompressionskältemaschinen
• Absorptionskälteanlagen
• Dampfstrahlkälteanlagen
• Gaskälteanlagen
• Luftverflüssigungsanlagen
• meteorologische und physiologische Aspekte als Voraussetzung zur Auslegung von Klimaanlagen
• Wärme- und Kältebedarfsrechnung
• Konzeption und Auslegung von Klimaanlagen

Laborpraktikum Thermodynamik, Strömungsmaschinen und Verbrennungsmotoren

Lernziele:

Die Studierenden erlangen Kenntnisse über die Funktion von Maschinen zur Energiewandlung. Durch die erlernten Kenntnisse werden sie befähgit, Messtechniken an realen Maschinen anzuwenden und auf andere Maschinen zu übertragen. Es werden Kreiselpumpen, Otto- und Dieselmotoren, Kälteanlagen und Turbinen untersucht.

Lehrinhalte:

Im Rahmen der Praktika werden Versuche an

• Ottomotoren
• Dieselmotoren
• Kälteanlagen
• Turbinen
• Pumpen
• Verdichtern

von den Studierenden vorbereitet, durchgeführt und ausgewertet. Neben den Kenntnissen über die Energieumwandlung in den Maschinen, werden auch Erfahrungen und Fertigkeiten im Umgang mit Messtechnik vermittelt.

Mehrstoffthermodynamik

Lernziele:

Die Studierenden erlernen die Darstellung der Grundlagen der Thermodynamik der Mehrstoffgemische und der chemischen Reaktionen. Weiterhin erlangen sie ein Verständnis der Prinzipien der Mehrstoffthermodynamik. Sie werden befähigt, Aufgabenstellungen der Mehrstoffthermodynamik strukturiert zu lösen.

Lehrinhalte:

• Grundbegriffe
• Gemische idealer Gase
• Gas-Dampf-Gemische
• Phasenverhalten und Phasendiagramme
• Konstitutive Größen und Gleichungen zur Beschreibung von Mischphasen
• thermodynamisches Gleichgewicht und Stabilität
• chemisches Potential realer Fluide
• empirische Ansätze für Zustandsgrößen von Gemischen
• Phasenzerfall und Phasengleichgewichte
• grenzflächenbestimmte Systeme und spontane Phasenübergänge
• Grundlagen zu chemischen Reaktionen
• chemisches Gleichgewicht
• Energieumsatz bei chemischen Reaktionen und Standardgrößen
• Gleichgewichtsreaktionen in der Gasphase
• Gleichgewichtsreaktionen in Elektrolytlösungen
• Bilanzen und Diagramme für die Prozessberechnung
• Verbrennungsprozesse
• Prozesse zur Stofftrennung