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Modulbeschreibung

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Thermodynamik

Inhalt

Wiederholung und Vertiefung der Thermodynamik aus Physik II
Kreisprozesse allgemein (rechts- und linkslaufend, Brutto- und Nettoarbeit, Wirkungsgrad und Leistungsziffer, Energiefluss), Kreisprozesse: Carnot, Stirling und Ericson mit idealem Regenerator
Erster Hauptsatz für ein offenes System (Druckänderungsarbeit, technische Arbeit, Enthalpie, stationärer und instationärer Prozess)
Entropie und zweiter Hauptsatz, Entropie und Wahrscheinlichkeit, Entropie id. Gase und Flüssigkeiten, Darstellung von Kreisprozessen im T,s-und h,s-Diagramm, Wirkungsgrade
Reale Einstoffsysteme, Phasenübergänge, Zweiphasengebiet, diverse Zustandsdiagramme

Motorische Vergleichsprozesse (Otto, Diesel, Seiliger), Prozessoptimierung (Verdichtungs-, Druck- und Füllungsverhältnis)
Gasturbinen, Flugtriebwerke, Aufladung (Joule, Ackert-Keller), Prozessoptimierung und Prozessvarianten
Pumpen und Turbinen, Ideale Flüssigkeit,
Dampfkraftprozesse, Clausius-Rankine, Prozessoptimierung und Prozessvarianten
Wärmepumpe und Kältemaschine, Prozessoptimierung und Prozessvarianten

Inhalt Labor:

Blockheizkraftwerk (BHKW): Kennenlernen der Komponenten des hochschuleigenen BHKW, Analyse der Energieflüsse (Wärme und Strom), der Jahresdauerlinie (Volllast- und Betriebsstunden), der Betriebsweise (Anlagenvarianten und Freiheitsgrad )
Wärmepumpe: Aufbau der Anlage (Verdampfer, Kondensator, Verdichter, Drossel, innere Wärmeübertragung, Sole- und Heizkreislauf), Bilanzierung Kältemittel-, Sole- und Heizkreislauf, COP-Bestimmung in Abhängigkeit von der Sole- und Heizungstemperatur, CO2- und Primärenergiebilanzierung, Bewertungder verschiedener Heizungssysteme
Heizkraftwerk der Fernwärme Ulm GmbH: Führung durch die wichtigsten Anlagenteile (Wasseraufbereitung, Kesselspeisepumpe, Rostfeuerung, Dampferzeuger, Turbine, Fernwärmeauskopplung, Leitwarte). Vollständige Bilanzierung des Biokessels mit den Messwerten des jeweiligen Betriebs.
Dieselmotor, Aufbau des Motorprüfstandes (Messtechnik, Infrastruktur), Messung der Energieströme (Abgas, Welle, Kühlwasser, Oberfläche),Kennfeldmessung (Verbrauch, Abgas), Indizierung (p,v-Diagramm, Arbeits-, Leistungs- und Wirkungsgradbestimmung), Variation der Vor- und Nacheinspritzungen, Zündzeitpunkt

Lernergebnisse

Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls können die Studierenden

Fachkompetenz:

zwischen den verschiedenen Formen der Energie unterscheiden
den ersten Hauptsatz der Thermodynamik auf ein thermodynamisches System (z.B. einen Verbrennungsmotor) anwenden, d.h. die Systemgrenzen definieren und die Energieflüsse über die Systemgrenzen erfassen.
Änderungen der Zustandsgrößen perfekter Gase undinkompressibler Flüssigkeiten für gegebene Arten von Zustandsänderungen (isotherm, isobar, isochor, isentrop, plotytrop) berechnen.
Zustände und Zustandsänderungen in Zustandsdiagrammen einzeichnen und entsprechende Werte den Diagrammen entnehmen.
Berechnungen für Kreisprozesse durchzuführen.

Methodenkompetenz:

Die Durchführung der Laborversuche erfolgt in Kleingruppen. Im Team soll die Durchführung des Versuchs organisiert werden. Jedes Teammitglied soll eigene Aufgaben übernehmen. Die Einzelergebnisse werden zu einem Gesamtergebnis zusammengeführt und in einem Versuchsbericht dokumentiert.
Die Vorbereitung auf den Versuch erfolgt im Selbststudium mit dem Vorlesungsskript und den zuvor ausgeteilten Laborunterlagen.
Das in der Vorbereitung angeeignete Wissen wird zu Beginn des Versuches in einem Kolloquium überprüft.

ECTS

5 Punkte

Studien- und Prüfungsleistungen

Prüfungsleistungen:

Thermodynamik (90 min, Klausur)

Studienleistungen:

Thermodynamik (90 min, Klausur)
Thermodynamik (Laborarbeit)

Lehr- und Lernformen

Thermodynamik (4 SWS, Vorlesung)
Thermodynamik (1 SWS, Labor)

Studiengänge

Fahrzeugtechnik, Schwerpunkt Konstruktion(FZ) - Pflichtmodul
Fahrzeugtechnik, Schwerpunkt System- und Antriebstechnik(FZ) - Pflichtmodul
Maschinenbau, Schwerpunkt Automatisierung und Energietechnik(MB) - Pflichtmodul
Maschinenbau, Schwerpunkt Konstruktion(MB) - Pflichtmodul
Wirtschaftsingenieurwesen(WI) - Wahlpflichtmodul

Modulverantwortliche

Prof. Dr.-Ing. Thomas Mayer

Dozenten

Prof. Dr.-Ing. Christian Dettmann, Prof. Dr.-Ing. Jochen Thönnißen, Prof. Dr.-Ing. Thomas Mayer

Literatur

Baehr, Kabelac. Thermodynamik: Grundlagen und technische Anwendungen. Springer Vieweg, 11 2016. ISBN 3662495678.

Stephan, Mayinger, Schaber, Stephan. Thermodynamik: Grundlagen und technische Anwendungen Band 1: Einstoffsysteme. Springer Vieweg, 9 2013. ISBN 3642300979.

Lucas. Thermodynamik: Die Grundgesetze der Energie- und Stoffumwandlungen. Springer, 8 2008. ISBN 3540686452.

Hahne. Technische Thermodynamik: Einführung und Anwendung. De Gruyter Oldenbourg, 4 2010. ISBN 3486592319.

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