Thermodynamics for Energy Conversion

Modul MW1419 [TEC]

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.

Modulversion vom SS 2013 (aktuell)

Von dieser Modulbeschreibung gibt es historische Versionen. Eine Modulbeschreibung ist immer so lange gültig, bis sie von einer neuen abgelöst wird.

verfügbare Modulversionen
SS 2013WS 2012/3

Basisdaten

MW1419 ist ein Semestermodul in Englisch auf Master-Niveau das im Wintersemester angeboten wird.

Die Gültigkeit des Moduls ist von WS 2010/1 bis SS 2014.

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

  • Allgemeiner Katalog der nichtphysikalischen Wahlfächer
GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
120 h 45 h 4 CP

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

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.

Lernergebnisse

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.

Voraussetzungen

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

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 2 Thermodynamics in Energy Conversion Fr, 14:00–18:00, MW 1250
UE 1 Thermodynamics in Energy Conversion (exercise) Fr, 14:00–18:00, MW 1250

Lern- und Lehrmethoden

Während der Vorlesung werden die Lehrinhalte mittels Powerpointpräsentationen vermittelt. Zusätzliche 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 eigenen 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.

Medienformen

Powerpointpräsentationen, Tafelzeichnungen, Videos, Bilder

Literatur

Handouts, Literaturempfehlungen

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

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 in den Vorlesungen gelehrten Grundkonzepte 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 Lernergebnisse 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. Zum Bestehen der Prüfung werden ungefähr 50 % der Punkte benötigt. Theorie- und Berechnungsteil können nicht separat zueinander bestanden werden.

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.