Numerical Design Methods of Energetic Systems

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.

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.

Methoden der Energiewandlung

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.

Vortrag, Präsentation, Handzettel, Tafelanschrieb, Softwareübungen

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.

In einer mündlichen Prüfung werden die erworbenen Kenntnisse kontrolliert