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Thermodynamik der Apparate und Maschinen

Modulbezeichnung:
Bezeichnung des Moduls innerhalb des Studiengangs. Sie soll eine präzise und verständliche Überschrift des Modulinhalts darstellen.
Thermodynamik der Apparate und Maschinen
Studiengang:
Studiengang mit Beginn der Gültigkeit der betreffenden ASPO-Anlage/Studienordnung des Studiengangs, in dem dieses Modul zum Studienprogramm gehört (=Start der ersten Erstsemester-Kohorte, die nach dieser Ordnung studiert).
Maschinenbau / Produktionstechnik, Bachelor, ASPO 01.10.2021
Code: DBMAB-310
SWS/Lehrform:
Die Anzahl der Semesterwochenstunden (SWS) wird als Zusammensetzung von Vorlesungsstunden (V), Übungsstunden (U), Praktikumsstunden (P) oder Projektarbeitsstunden (PA) angegeben. Beispielsweise besteht eine Veranstaltung der Form 2V+2U aus 2 Vorlesungsstunden und 2 Übungsstunden pro Woche.
-
ECTS-Punkte:
Die Anzahl der Punkte nach ECTS (Leistungspunkte, Kreditpunkte), die dem Studierenden bei erfolgreicher Ableistung des Moduls gutgeschrieben werden. Die ECTS-Punkte entscheiden über die Gewichtung des Fachs bei der Berechnung der Durchschnittsnote im Abschlusszeugnis. Jedem ECTS-Punkt entsprechen 30 studentische Arbeitsstunden (Anwesenheit, Vor- und Nachbereitung, Prüfungsvorbereitung, ggfs. Zeit zur Bearbeitung eines Projekts), verteilt über die gesamte Zeit des Semesters (26 Wochen).
5
Studienjahr: 3
Pflichtfach: ja
Arbeitssprache:
Deutsch
Prüfungsart:
• Benotete Modulklausur (Dauer 90 Min., 100 Pkt.)
  o Die Klausur wird im 5. Semester (Block 5A) gemäß Prüfungsplan geschrieben.

[letzte Änderung 06.09.2021]
Verwendbarkeit / Zuordnung zum Curriculum:
Alle Studienprogramme, die das Modul enthalten mit Jahresangabe der entsprechenden Studienordnung / ASPO-Anlage.

DBMAB-310 Maschinenbau / Produktionstechnik, Bachelor, ASPO 01.10.2021 , 3. Studienjahr, Pflichtfach
Arbeitsaufwand:
Der Arbeitsaufwand des Studierenden, der für das erfolgreiche Absolvieren eines Moduls notwendig ist, ergibt sich aus den ECTS-Punkten. Jeder ECTS-Punkt steht in der Regel für 30 Arbeitsstunden. Die Arbeitsstunden umfassen Präsenzzeit (in den Vorlesungswochen), Vor- und Nachbereitung der Vorlesung, ggfs. Abfassung einer Projektarbeit und die Vorbereitung auf die Prüfung.

Die ECTS beziehen sich auf die gesamte formale Semesterdauer (01.04.-30.09. im Sommersemester, 01.10.-31.03. im Wintersemester).
Der Gesamtaufwand des Moduls beträgt 150 Arbeitsstunden.
Empfohlene Voraussetzungen (Module):
Keine.
Sonstige Vorkenntnisse:
Formal: keine
Inhaltlich: Naturwissenschaftliche Grundlagen, Grundlagen der Thermodynamik

[letzte Änderung 06.09.2021]
Als Vorkenntnis empfohlen für Module:
Modulverantwortung:
Prof. Dr.-Ing. Jan Christoph Gaukler
Dozent: Prof. Dr.-Ing. Jan Christoph Gaukler

[letzte Änderung 11.06.2021]
Lernziele:
„Thermodynamik der Apparate und Maschinen“ ist ein interdisziplinäres Modul an der Schnittstelle zwischen Physik, Chemie, Energie-, Verfahrens- und Werkstofftechnik.
Die Studierenden verfügen über erweiterte Grundlagen der Thermodynamik (Hauptsätze, Entropie,
thermodynamische Hauptgleichungen, irreversible Prozesse, Wirkungsgrade, Exergie und Anergie
sowie reale Einstoffsysteme). Sie verstehen thermodynamische Phänomene, Konzepte und Zusammenhänge sowie das Betriebsverhalten und die Funktionsweise thermodynamischer Apparate und
Maschinen. Sie können Zustandsänderungen und reversible Kreisprozesse mit idealen Gasen und
Dämpfen berechnen, Energiebilanzen idealer Prozesse aufstellen und Maschinen, die auf Basis eines
Wärmekraftprozesses bzw. eines Kälte- bzw. Wärmepumpenprozesses arbeiten, beschreiben. Sie sind
in der Lage, thermodynamische Fragestellungen und ingenieurwissenschaftliche Probleme mittlerer
Komplexität unter Anwendung mathematischer Methoden selbstständig zu beantworten, indem sie z.B.
thermodynamische Prozesse bewerten bzw. optimieren.
Das Modulelement „Thermodynamik der Apparate und Maschinen“ dient der Erweiterung und der Stärkung der fachlichen Kompetenz „Wissen und Verstehen“ (Wissensverbreiterung) und der instrumentalen Kompetenz sowie dem Aufbau der systemischen Kompetenz, Probleme unter Berücksichtigung
naturwissenschaftlich-technischer, ethischer, gesellschaftlicher und ökologischer Sachverhalte zu betrachten und zu lösen.

[letzte Änderung 06.09.2021]
Inhalt:
• Funktionsweise thermodynamischer Apparate und Maschinen
  o Carnot-Prozess: Wärmekraftprozess, Kälte- bzw. Wärmepumpenprozess
  o Otto- und Dieselmotor: Funktionsweise, Indikatordiagramm, Seiliger-Prozess und seine Grenzfälle „Otto-Prozess
    (Gleichraumverbrennung)“ und „Diesel-Prozess (Gleichdruckverbrennung)“, Verdichtungsverhältnis,
    Einspritzverhältnis, Drucksteigerungsverhältnis, Wirkungsgrade, Mitteldruck, reale Prozesse
  o Stirlingmotor: Funktionsweise, Stirling-Prozess, Wirkungsgrad, Mitteldruck, realer Prozess, Bauformen,
    Merkmale, Anwendungen
  o Heißgasmotor: Funktionsweise, Ericson-Prozess, Wirkungsgrad, Mitteldruck
  o Offene und geschlossene Gasturbinenanlagen ohne / mit Wärmerückführung: Anlagenschema, Joule-Prozess,
    Wirkungsgrad, Mitteldruck, mehrstufige Gasturbinenprozesse mit angenähertem Ericson-Prozess, realer Prozess
  o Verdichter: Funktionsweise, Indikatordiagramm, Vergleichsprozess, Arbeit, Leistung, Wirkungsgrade,
    Schadraumanteil, Füllungsgrad, Liefergrad, Anwendungen, mehrstufige Verdichter
  o Gaskältemaschinen
 
• Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik – Vertiefung
  o Formulierungen und Folgesätze
  o Entropie: Definition, Hauptgleichungen der Thermodynamik, thermodynamische Beziehungen und ihre Anwendung
    (spezifische Wärmekapazität, Kompressibilität, Ausdehnungskoeffizient, Spannungskoeffizient,
    Drosselkoeffizienten, Bestimmung der Entropie von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen und der
    Entropieänderung an Phasenübergängen))
  o Entropiezunahme bei irreversiblen Prozessen: Strömung mit Reibung, Drosselung, Vermischung, Wärmeübertragung
  o Wirkungsgrade von Turbinen und Verdichtern
  o Exergie und Anergie: Exergie geschlossener Systeme, Exergie offener, stationärer Systeme, Exergieverlust,
    exergetischer Wirkungsgrad, Exergie-Anergie-Flussbilder
  
• Einstoffsysteme
 o Grundlagen, Gibbs’sche Phasenregel
 o Zustandsgrößen im Zweiphasengebiet: Dampfgehalt, spezifisches Volumen, spezifische, innere Energie, Enthalpie
   und Entropie
 o T,v-Diagramm, p,v-Diagramm, p,T-Diagramm, Zustandsfläche im thermodynamischen Raum, T,s-Diagramm, h,s-Diagramm,
   log p,h-Diagramm
 o Reale Gase: Realgasfaktor, Virialgleichung, Van-der-Waals-Gleichung, Prinzip der übereinstimmenden Zustände,
   kalorische Zustandsgleichungen
 o Einfache Zustandsänderungen im Zweiphasengebiet
 o Clausius-Clayperon-Gleichung für den Phasenübergang „flüssig / gasförmig“
 o Kreisprozesse mit Dämpfen: Dampfkraftprozesse (Carnot- u. Clausius-Rankine Prozess), Kaltdampfprozesse
  (Carnot-, Kälte- und Wärmepumpenprozess)
 o Dreiphasengebiet: Zustandsdiagramme, Clausius-Clayperon-Gleichung für die Phasenübergänge „fest / flüssig“ und
  „fest / gasförmig“
 o Klassifizierung von Phasenübergängen nach Ehrenfest

[letzte Änderung 06.09.2021]
Weitere Lehrmethoden und Medien:
Vorlesungen: Vortrag (darbietend), Demonstration (darbietend), Frage- und Impulsunterricht (erarbeitend), Unterrichtsgespräch (erarbeitend) insb. zur ganzheitlichen Betrachtung einer Problemstellung
aus naturwissenschaftlich-technischer, ethischer, gesellschaftlicher und ökologischer Sichtweise, Bearbeitung konkreter Problemstellungen in Gruppenarbeit (erarbeitend)
Übungen: Bearbeitung konkreter Problemstellungen in Gruppenarbeit (erarbeitend)

[letzte Änderung 06.09.2021]
Sonstige Informationen:
Keine.

[letzte Änderung 06.09.2021]
Literatur:
• H.D. Baehr, St. Kabelac: Thermodynamik – Grundlagen und technische Anwendung (Springer)
• F. Bosnjakovic, K.F. Knoche: Technische Thermodynamik – Teil I (Springer)
• G. Cerbe, G. Wilhelms: Technische Thermodynamik – Theoretische Grundlagen und praktische
Anwendungen (Carl Hanser Verlag)
• D. Flottmann, D. Forst, H. Roßweg: Chemie für Ingenieure (Springer)
• J. Hoinkis, E. Lindner: Chemie für Ingenieure (Wiley-VCH)
• P. W. Atkins, J. de Paula: Physikalische Chemie (Wiley-VCH)

[letzte Änderung 06.09.2021]
[Mon Jan 30 12:34:28 CET 2023, CKEY=atdaum, BKEY=aswmpt, CID=DBMAB-310, LANGUAGE=de, DATE=30.01.2023]