Thermodynamics for Energy Conversion

Kurze Einführung in die Grundlagen der Ingenieursthermodynamik: Erster Hauptsatz, Energiebilanzen, offene und geschlossene Systeme, Entropie und Irreversibilität.
Spezifische thermodynamische Parameter von Fluiden: Wasser - Dampf, ideale Gase.
Erweiterte Definitionen von Exergie und Umwelt: Chemische Exergie, Exergie von Brennstoffen, Exergieeffizienz.
Wertediagramme: Anwendung für Wärmetauschgeräte und Verbrennungsprozesse,
Exergieverluste von grundlegenden Prozessen: Brennstoffkonversion, Wärmeübertragung, Turbinen, Kompressoren.
Exergieanalyse und Optimierung von konventionellen Kraftwerden: Dampferzeuger, Dampfkreislauf.
Dampferzeuger: Luftvorwärmung, Dampfparameter, Speisewassertemperatur.
Dampfkreislauf: Auswahl von Arbeitsmedien, Verluste im Kondensator und Verrohrung, Speisewasserpumpe, Anzapfspeisewasservorwärmung.
Gasturbinenprozesse: Verluste und Optimierung, Kreisläufe, Parameter.
Kombi-Prozesse: Parameter, Auslegung, Kreisläufe.
Brennstoffzellen: Parameter, Auslegung, Zellverhalten.
Kältekreisläufe und Wärmepumpen.

Die Studierenden können die thermodynamische Leistungsfähigkeit verschiedener Umwandlungsprozesse und -systeme beurteilen, indem das Exergiekonzept angewendet wird. Außerdem können sie Möglichkeiten erkennen, wie die Gesamt-Exergieverluste häufig eingesetzter Prozesse und Systeme reduziert werden können.

Grundlegendes Wissen über die Grundlagen der Thermodynamik (Hauptsätze, Energiebilanzen), vertieftes Wissen in mathematischen Zusammenhängen und Nomenklaturen.

Während der Vorlesung werden die Lehrinhalte mittels Powerpointpräsentationen vermittelt. Zusätzlich dienen Tafelzeichnungen, weitere grafische Veranschaulichungen, sowie regelmäßige Diskussionen dem Verständnis der behandelten Energieumwandlungsprozesse und den darin auftretenden Exergieverlusten. Die Studierenden sind dazu angehalten, sich aktiv an der Diskussion zu beteiligen. Die Vor- und Nachbereitung der Inhalte mittels eigener Mitschriften und den zur Verfügung gestellten Vorlesungsfolien ist nötig, um die theoretischen Grundlagen von Kraftwerksprozessen samt Komponenten vollständig erfassen zu können. In der Übung werden Beispiel-Prozesse vorgerechnet und deren Exergieverluste quantifiziert. Zudem bietet die Übung die Möglichkeit, die Inhalte der Vorlesung nochmals zu diskutieren.

Powerpointpräsentationen, Tafelzeichnungen, Videos, Bilder

Vorlesungsfolien, Handouts, Literaturempfehlungen werden zur Verfügung gestellt;

Moran, Michael J. ; Shapiro, Howard N. ; Boettner, Daisie D. ; Bailey, Margaret B.: Fundamentals of Engineering Thermodynamics. New York: Wiley, 2014.

Die schriftliche Klausur besteht aus einem theoretischen Teil und einem Berechnungsteil (insgesamt 90 min). Es sind keine Hilfsmittel bis auf einen nicht programmierbaren Taschenrechner und eine vorher ausgeteilte Formelsammlung erlaubt.

Im theoretischen Teil müssen die Studierenden grundlegende Verständnisfragen zur Anwendung der Exergieanalyse beantworten. Zudem enthält die Prüfung auch theoretische Fragen zu den Methoden und Anwendungen der Exergieanalyse in Energieumwandlungssystemen, durch die die Studierenden nachweisen, dass sie die Grundkonzepte von Prozesses und Kreisläufen verstanden haben.

Im Berechnungsteil wird überprüft, inwieweit die Studierenden die Konzepte zur Optimierung von Kraftwerken und der Reduzierung von Exergieverlusten anwenden können. So sollen die Studierenden nachweisen, dass sie in der Lage sind, die wichtigsten thermodynamischen Methoden anzuwenden, die in den Lernergebnissen aufgeführt sind und die geforderten Berechnungen unter Zeitdruck durchzuführen.

Auf den theoretischen Teil entfallen 1/3 der Gesamtpunktzahl, der Berechnungsteil wird mit 2/3 der Gesamtpunktzahl gewichtet. Für die Bewertung der Prüfung ist die Gesamtpunktzahl ausschlaggebend. Theorie- und Berechnungsteil können nicht separat zueinander bestanden werden.