Numerische Berechnung energetischer Systeme
Numerical Design Methods of Energetic Systems

Modul MW0210 [NBES]

Dieses Modul wird durch Lehrstuhl für Energiesysteme (Prof. Spliethoff) bereitgestellt.

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Basisdaten

MW0210 ist ein Semestermodul in Deutsch auf Bachelor-Niveau und Master-Niveau das im Wintersemester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Allgemeiner Katalog der nichtphysikalischen Wahlfächer
GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
90 h 30 h 3 CP

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

In diesem Model werden Kenntnisse in den numerischen Verfahren vermittelt. Der Lerninhlat ist in drei Bereiche unterteilt: 1. Einführung in numerischen Verfahren: lineare und nichtlineare algebraische Gleichungen; Differentiation und Integration; Interpolation und Approximation; gewöhnliche Differentialgleichungen (FEM und Cauchy-Problem); partielle Differentialgleichungen (FDM und FEM). 2. Numerische Strömungsmechanik: Modellierung und Simulation; Gleichungen der Fluidmechanik; Turbulenzmodellierung; Finite-Volumen-Verfahren; Vernetzung; Wärme- und Stoffübertragung; Mehrphasigen- und Mehrkomponentenströmungen; chemisch reagierende Strömungen. 3. Optimierung von Energiesystemen: mathematische Programmierung; neuronale Netze; genetische Algorithmen.

Lernergebnisse

Dem Studenten ist es mit den erworbenen Kenntnissen möglich numerische Probleme (u.a. im Rahmen der Energietechnik) zu bewerten und die jeweiligen Lösungsmethoden zu erkennen und anzuwenden. Dem Studenten wird im Rahmen des Moduls ein umfassender Überblick der numerischen Methoden und deren Anwendungsbereichen vermittelt. Der Student erhält durch Übungen einen Einblick in moderne CFD-Software, die in der heutigen Forschung und Entwicklung Einsatz findet. Die Studenten sollen dabei lernen, dass die Simulation von energietechnischen Systemen einen detaillierteren Einblick und ein tieferes Verständnis von Prozessen ermöglicht.

Voraussetzungen

Methoden der Energiewandlung

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 2 Numerische Berechnung energetischer Systeme Donnerstag, 15:00–16:30

Lern- und Lehrmethoden

In dem Modul werden die Lehrinhalte anhand von Vortrag, Präsentation und Tafelanschrieb vermittelt. Beispielhaft werden Probleme aus der Praxis vorgestellt und vorgerechnet. Den Studierenden wird eine Foliensammlung und eine Aufgabensammlung zugänglich gemacht. In der Übung werden Aufgaben aus der Aufgabensammlung vorgerechnet. Anschließend werden thematisch ähnliche Aufgaben als freiwillige Hausaufgabe zur eigenständigen Bearbeitung gestellt. Diese können die Studierenden abgeben und erhalten sie korrigiert zurück. In den Assistentensprechstunden sowie in speziellen Tutorsprechstunden kann individuelle Hilfe gegeben werden. Die Übungen im Rahmen der Vorlesung haben Tutoriumscharakter und finden unter Anleitung des Dozenten statt.

Medienformen

Vortrag, Präsentation, Handzettel, Tafelanschrieb, Softwareübungen

Literatur

1. Ames, W.F., 1977, Numerical Methods for Partial Differential Equations, Academic Press, Orlando. 2. Engeln-Müllges, G., und Reutter, F., 1988, Formelsammlung zur Numerischen Mathematik mit Standard-FORTRAN 77-Programmen, BI-Wissenschaftsverlag, Mannheim. 3. Potter, D., 1973, Computational Physics, Wiley, London. 4. Selder, H., 1973, Einführung in die Numerische Mathematik für Ingenieure, Carl Hanser Verlag, München. 5. Schwarz, H.R., 1984, Methode der finiten Elemente, Teubner Studienbücher, Stuttgart. 6. Zienkiewicz, O.C., and Morgan, K., 1983, Finite Elements and Approximation, Wiley, New York. 7. Zurmühl, R., 1984, Praktische Mathematik für Ingenieure und Physiker, Springer-Verlag, Berlin. 8. Anderson, D.A., Tannehill, J.C., and Pletcher, R.H., 1984, Computational Fluid Mechanics and Heat Transfer, Hemisphere Publishing Corporation, New York. 9. Hirsch, C., 1992, Numerical Computation of Internal and External Flows, Volume 1: Fundamentals of Numerical Discretization, Wiley, Chichester. 10. Oertel, H., und Eckhart, L., 2003, Numerische Strömungsmechanik, Grundgleichungen, Lösungsmethoden, Softwarebeispiele, Vieweg, Wiesbaden. 11. Schönung, B.E., 1990, Numerische Strömungsmechanik, Inkompressible Strömungen mit komplexen Berandungen, Springer-Verlag, Berlin. 12. Versteeg, H.K., and Malalasekera, W., 1995, An Introduction to Computational Fluid Dynamics, The Finite Volume Method, Longman, Harlow. 13. Wendt, J.F. (Editor), 1992, Computational Fluid Dynamics, An Introduction, Springer-Verlag, Berlin.

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

In einer mündlichen Prüfung werden die erworbenen Kenntnisse kontrolliert

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird im Folgesemester angeboten.

Kondensierte Materie

Wenn Atome sich zusammen tun, wird es interessant: Grundlagenforschung an Festkörperelementen, Nanostrukturen und neuen Materialien mit überraschenden Eigenschaften treffen auf innovative Anwendungen.

Kern-, Teilchen-, Astrophysik

Ziel der Forschung ist das Verständnis unserer Welt auf subatomarem Niveau, von den Atomkernen im Zentrum der Atome bis hin zu den elementarsten Bausteinen unserer Welt.

Biophysik

Biologische Systeme, vom Protein bis hin zu lebenden Zellen und deren Verbänden, gehorchen physikalischen Prinzipien. Unser Forschungsbereich Biophysik ist deutschlandweit einer der größten Zusammenschlüsse in diesem Bereich.