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Fluiddynamik, Wärme und Stoffübertragung

Modulbezeichnung:
Bezeichnung des Moduls innerhalb des Studiengangs. Sie soll eine präzise und verständliche Überschrift des Modulinhalts darstellen.
Fluiddynamik, Wärme und Stoffübertragung
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).
Erneuerbare Energien/Energiesystemtechnik, Bachelor, ASPO 01.10.2022
Code: EE1307
SAP-Submodul-Nr.:
Die Prüfungsverwaltung mittels SAP-SLCM vergibt für jede Prüfungsart in einem Modul eine SAP-Submodul-Nr (= P-Nummer). Gleiche Module in unterschiedlichen Studiengängen haben bei gleicher Prüfungsart die gleiche SAP-Submodul-Nr..
P212-0031
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.
5V+1U (6 Semesterwochenstunden)
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).
7
Studiensemester: 3
Pflichtfach: ja
Arbeitssprache:
Deutsch
Prüfungsart:
Klausur

[letzte Änderung 13.12.2018]
Verwendbarkeit / Zuordnung zum Curriculum:
Alle Studienprogramme, die das Modul enthalten mit Jahresangabe der entsprechenden Studienordnung / ASPO-Anlage.

EE1307 (P212-0031) Erneuerbare Energien/Energiesystemtechnik, Bachelor, ASPO 01.10.2022 , 3. Semester, 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).
Die Präsenzzeit dieses Moduls umfasst bei 15 Semesterwochen 90 Veranstaltungsstunden (= 67.5 Zeitstunden). Der Gesamtumfang des Moduls beträgt bei 7 Creditpoints 210 Stunden (30 Std/ECTS). Daher stehen für die Vor- und Nachbereitung der Veranstaltung zusammen mit der Prüfungsvorbereitung 142.5 Stunden zur Verfügung.
Empfohlene Voraussetzungen (Module):
Keine.
Als Vorkenntnis empfohlen für Module:
EE1534 Simulation und Messung von Windkraftanlagen


[letzte Änderung 16.09.2022]
Modulverantwortung:
Prof. Dr. Marco Günther
Dozent: Prof. Dr. Marco Günther

[letzte Änderung 16.09.2018]
Lernziele:
Die Studierenden sind in der Lage:
- den Unterschied zwischen der technischen Mechanik fester Körper zur Mechanik der Fluide zu erklären
- die Grundgleichungen der Strömungsmechanik zu benennen
- fluiddynamische Vorgänge und deren Auswirkungen unter Berücksichtigung der Einflussgrößen einzuordnen und zu berechnen
    
Wärmeübertragung:
Die Studierenden beherrschen nach erfolgreicher Beendigung des Moduls die Grundlagen für gezielt die Mechanismen des Wärmetransports zu beschreiben. In der Vorlesung erlangen die Studierenden die Fähigkeiten zum Umgang mit empirischen Formeln, deren Inhalte sowohl auf Stoffgrößen, thermischen Prozessgrößen, thermischen Zustandsgrößen und stoffabhängigen Eigenschaftswerten beruhen. Durch gezielte Anwendung der erlernten Lösungsalgorithmen können sie sicher unterscheiden, an welchen Stellgrößen ein technischer Wärmeübertragungsprozess zu bilanzieren ist, zu quantifizieren ist und welche Möglichkeiten der Optimierung (verfahrenstechnisch, maschinenbautechnisch, fluid-mechanisch oder bei der Werkstoffauswahl) über die möglichen Stoffdatenbeschaffenheiten unter Druck, Temperatur und Volumenspezifizierung anwendbar sind. Die sichere Bewertung von stationären und quasi-stationäre Wärmetransportproblemen sind Gegenstand der aktiven Einbeziehung der Studierenden!
  während der Vorlesung in aktiven ßbungseinheiten. Diese aktiven ßbungseinheiten vertiefen die zuvor erlangten Lern- und Arbeitstechniken und fördern die Fähigkeiten zur selbststudiumangeleiteten Nacharbeitung des vermittelten Lernstoffes. Dieses Wissen können die Studierenden anhand der interaktiven ßbungseinheiten vertiefen und sich gezielt über die Grundlage des Wärmetansports, methodisch-problemlösend von Lern- und Arbeitstechniken, in Lerngruppen austauschen und ihre Anwendungen und Erkenntnisse sicher präsentieren.
 
Dabei vergleichen die Studierenden die Ergebnisse anhand unterschiedlicher Lösungsansätze (rein empirische Algorithmen in der ßhnlichkeitstherorie des Wärmeübergangs anhand von dimensionslosen Kennzahlen)  erläutern und  berechnen unterschiedliche Lösungsansätze, diskutieren deren Umsetzungswahrscheinlichkeit anhand der zuvor erlernten Erkenntnisse, welchen natürlichen, technischen oder finantechnischen Grenzen ein Prozess unterliegen kann. Für verschiedene technische Anwendungen beherrschen die Studierenden die Auswahlkriterien für die Analogie von Wärmetransport (gewollt, z.B. Schwitzen in Funktionskleidung oder die, die es zu verhindern gilt, z.B. Frostgrenzenverlagerung in feuchtes Tragmauerwerk) einzuordnen und mit sicherer Algorithmenanwendung ihre Ergebnisse vorzutragen.
  
Fluidmechanik:
Im Rahmen dieser Vorlesung wird der ßbergang von der technischen Mechanik der festen Körper zur Mechanik der Fluide erklärt. Als Lernziel wird das Verstehen von  fluiddynamischen Methoden, wie sie u. a. in Verbindung mit thermofluiddynamischen Aufgabenstellungen in den technischen Lehrveranstaltungen und in der Ingenieur-Praxis benutzt werden, verfolgt. Durch ßbungen werden die Studenten in die Lage versetzt, fluiddynamische Vorgänge und deren Auswirkungen unter Berücksichtigung der Einflußgrößen einzuordnen und ingenieurmäßig zu berechnen.

[letzte Änderung 19.07.2019]
Inhalt:
Fluidmechanik
Fluidstatik:
Grundbegriffe: Dichte, Druck, Temperatur
Hydrostatik: Statischer und thermischer Auftrieb
Grundlagen der Fluiddynamik:
Grundbegriffe, Viskosität, Stromlinie, Stromröhre, Stromfaden, Strömungsmechanische ßhnlichkeit und Kennzahlen, Bewegungsgleichungen für Fluidelemente, Erhaltungssätze der stationären Stromfadentheorie: Massenerhaltung, Impulssatz, Energiesatz, reibungsfreie Strömungsprozesse
Reibungsbehaftete Strömungsprozesse: stationäre Rohrströmung(inkompressible Fluide), laminare Rohrströmung (Hagen-Poiseuille-Gesetz), turbulente Rohrströmung
Grundlagen der Thermofluiddynamik: Kennzahlen (Reynolds-,Prandtl-, Pécletzahl), Bilanzgleichungen für Masse, Impuls und Energie, Differentialgleichungen, Begriffe der Grenzschichtströmung
  
Inhalte Wärmetransport:
Fouriersche Gesetze der Wärmeleitung, Wärmeleitfähigkeit von Fluiden und Feststoffen, Wärmeübergangskoeffizient.
Stationäre Aufgabenstellungen:
Wärmedurchgang durch ebene, zylindrische und
kugelförmige Wände (PßCLET-Gin.)
Quasi-eindimensionale und quasi-stationäre Problemstellungen:
   Abkühlung von strömenden Fluiden in Rohrleitungen
   Abkühlung eines Fluids in einem kugelförmigen Speicher
   Abkühlung eines durchlaufenden Drahts in einem Flüssigkeitsbad
   Rippen (berippte Wände, Rippenrohre)
ßhnlichkeitstheorie:
Dimensionslose Kennzahlen (Nu, Re, Pr, Gr etc.)
Wärmeübergang in einphasigen Medien
   - erzwungene Konvektion: Kanalströmungen, Körper im Querstrom, Rohrbündel
   - freie Konvekiton: Ebene Wand, horizontaler Zylinder
Einfache Wärmeübertrager
   - Rekuperatoren, Regeneratoren: Gleichstrom, Gegenstrom, Kreuzstrom
Wärmetransport durch Strahlung
PLANCKsches Strahlungsgesetz, LAMBERTsches Cosinusgesetz, STEFAN-BOLTZMANN-Gesetz, KIRCHHOFFsches Gesetz, Strahlungsaustausch zwischen parallelen Wänden, Strahlungsschirme, Strahlungsaustausch von sich umschließenden Flächen.

[letzte Änderung 19.07.2019]
Weitere Lehrmethoden und Medien:
Fluidmechanik:
Vorlesung 2 SWS, ßbungen 0,5 SWS;
Handouts, Beispiele mit Diskussion, ßbungsaufgaben
  
Wärmetranssport:
Vorlesung 2 SWS, ßbungen 0,5 SWS;
Leitfaden zur Vorlesung, ßbungsaufgaben zur Vorlesung
Formelsammlung

[letzte Änderung 19.07.2019]
Literatur:
Baehr, Hans-Dieter; Stephan, Karl: Wärme- und Stoffübertragung, Springer Vieweg, (akt. Aufl.)
Bohl, Willi; Elmendorf, Wolfgang: Technische Strömungslehre, Vogel, (akt. Aufl.)
Elsner, Norbert: Grundlagen der technischen Thermodynamik. Band 2: Wärmeübertragung, Akademie-Verlag, 1993
Gesellschaft Energietechnik: Energietechnische Arbeitsmappe, Springer, (akt. Aufl.)
Kümmel, Wolfgang: Technische Strömungsmechanik, Teubner, (akt. Aufl.)
Polifke, Wolfgang; Kopitz, Jan: Wärmeübertragung, Pearson, (akt. Aufl.)
Rohsenow, Warren M. (Hrsg.): Handbook of heat transfer applications, McGraw-Hill, 1985, 2nd Ed.
Rohsenow, Warren M. (Hrsg.): Handbook of heat transfer fundamentals, McGraw-Hill, 1985, 2nd Ed.
VDI (Hrsg.): VDI-Wärmeatlas, Springer, (akt. Aufl.)
von Böckh, Peter; Saumweber, Christian: Fluidmechanik, Springer Vieweg, (akt. Aufl.)
von Böckh, Peter; Wetzel, Thomas: Wärmeübertragung, Springer Vieweg, (akt. Aufl.)

[letzte Änderung 19.07.2019]
[Sun Jan 29 20:56:20 CET 2023, CKEY=b3EE1307, BKEY=ee3, CID=EE1307, LANGUAGE=de, DATE=29.01.2023]