Moduldatenbank - Modul Höhere Thermodynamik und Fluidmechanik

ID	Lernergebnis
L1	Die Absolventen/innen zeigen Verständnis für die Auswirkungen ingenieurwissenschaftlicher Lösungen in gesellschaftlicher und ökologischer Hinsicht, können Zusammenhänge aufzeigen und in diesem Bezug ihr eigenes berufliches Handeln kritisch hinterfragen.
L2	Die Absolventen/innen können gesellschaftliche Prozesse kritisch hinterfragen und sich an ihnen verantwortungsvoll beteiligen.
L5	Die Absolventen/innen können Gesetze, Theorien und Prinzipien der Mathematik, der Informatik und der Informationsverarbeitung sowie grundlegende Erkenntnisse und Konzepte der Naturwissenschaften und der ingenieurwissenschaftlichen Teildisziplinen „Technische Mechanik“, „Thermodynamik“, „Elektrotechnik“, „Werkstoff-technik“, „Konstruktionstechnik“ und „Informatik“ wiedergeben, erläutern und zum Lösen ingenieurwissenschaftlicher Probleme nutzen.
L6	Die Absolventen/innen können Phänomene im Bereich der Energie- und Verfahrenstechnik und insbesondere in der Fertigungstechnik erläutern, auf unterschiedlichen Skalen diskutieren und interpretieren.
L7	Die Absolventen/innen verstehen erweiterte und vertiefte Theorien und Konzepte der Energie- und Verfahrenstechnik, des Produktionsmanagements und insbesondere der Fertigungstechnik und können diese samt fachspezifischen Methoden benutzen, um technische Probleme in der industriellen Praxis zu identifizieren und zu lösen. Die dazu nötigen Experimente können sie planen, durchführen, auswerten und interpretieren.
L8	Die Absolventen/innen können Anforderungen für Anlagen, Apparate, Geräte, Maschinen und Prozesse der Produktionstechnik und des Produktionsmanagements definieren und erarbeiten. Sie sind in der Lage, gängige Prozesse der Produktionstechnik und des Produktionsmanagements zu planen, zu steuern und zu überwachen, und können Anlagen und Komponenten entwickeln und betreiben.
L10	Sie sind in der Lage, sich selbst zu organisieren und zu motivieren, und können ihre Arbeitszeit effizient einteilen. Sie sind in der Lage, ihr erworbenes Wissen eigenverantwortlich zu vertiefen.
L11	Die Absolventen/innen können interdisziplinär zusammenarbeiten, um Probleme an Schnittstellen zu entdecken und zu lösen. Sie wenden verschiedene Methoden an, um mündlich und schriftlich effektiv zu kommunizieren mit Fachkollegen/innen der gleichen und anderer Disziplinen sowohl im nationalen als auch im internationalen Kontext.
L12	Die Absolventen/innen können gängige Prozesse der Produktionstechnik und des Produktionsmanagements und Produkte des Maschinenbaus wissenschaftlich fundiert analysieren und bewerten, wozu sie geeignete Analyse- und Optimierungsmethoden auswählen und mit hoher Handhabungskompetenz anwenden.

Lernergebnis

Die Absolventen/innen zeigen Verständnis für die Auswirkungen ingenieurwissenschaftlicher Lösungen in gesellschaftlicher und ökologischer Hinsicht, können Zusammenhänge aufzeigen und in diesem Bezug ihr eigenes berufliches Handeln kritisch hinterfragen.

Die Absolventen/innen können gesellschaftliche Prozesse kritisch hinterfragen und sich an ihnen verantwortungsvoll beteiligen.

Die Absolventen/innen können Gesetze, Theorien und Prinzipien der Mathematik, der Informatik und der Informationsverarbeitung sowie grundlegende Erkenntnisse und Konzepte der Naturwissenschaften und der ingenieurwissenschaftlichen Teildisziplinen „Technische Mechanik“, „Thermodynamik“, „Elektrotechnik“, „Werkstoff-technik“, „Konstruktionstechnik“ und „Informatik“ wiedergeben, erläutern und zum Lösen ingenieurwissenschaftlicher Probleme nutzen.

Die Absolventen/innen können Phänomene im Bereich der Energie- und Verfahrenstechnik und insbesondere in der Fertigungstechnik erläutern, auf unterschiedlichen Skalen diskutieren und interpretieren.

Die Absolventen/innen verstehen erweiterte und vertiefte Theorien und Konzepte der Energie- und Verfahrenstechnik, des Produktionsmanagements und insbesondere der Fertigungstechnik und können diese samt fachspezifischen Methoden benutzen, um technische Probleme in der industriellen Praxis zu identifizieren und zu lösen. Die dazu nötigen Experimente können sie planen, durchführen, auswerten und interpretieren.

Die Absolventen/innen können Anforderungen für Anlagen, Apparate, Geräte, Maschinen und Prozesse der Produktionstechnik und des Produktionsmanagements definieren und erarbeiten. Sie sind in der Lage, gängige Prozesse der Produktionstechnik und des Produktionsmanagements zu planen, zu steuern und zu überwachen, und können Anlagen und Komponenten entwickeln und betreiben.

L10

Sie sind in der Lage, sich selbst zu organisieren und zu motivieren, und können ihre Arbeitszeit effizient einteilen. Sie sind in der Lage, ihr erworbenes Wissen eigenverantwortlich zu vertiefen.

L11

Die Absolventen/innen können interdisziplinär zusammenarbeiten, um Probleme an Schnittstellen zu entdecken und zu lösen. Sie wenden verschiedene Methoden an, um mündlich und schriftlich effektiv zu kommunizieren mit Fachkollegen/innen der gleichen und anderer Disziplinen sowohl im nationalen als auch im internationalen Kontext.

L12

Die Absolventen/innen können gängige Prozesse der Produktionstechnik und des Produktionsmanagements und Produkte des Maschinenbaus wissenschaftlich fundiert analysieren und bewerten, wozu sie geeignete Analyse- und Optimierungsmethoden auswählen und mit hoher Handhabungskompetenz anwenden.

Höhere Thermodynamik und Fluidmechanik

Code: DBMAB-320

40UV+20UU (60 Unterrichtseinheiten)

Studienjahr: 3

Pflichtfach: ja

Arbeitssprache:
Deutsch

Prüfungsart:
Klausur (120 min)

[letzte Änderung 13.02.2025]

DBMAB-320 (P720-0008) Maschinenbau / Produktionstechnik, Bachelor, ASPO 01.10.2021 , 3. Studienjahr, Pflichtfach
DBMAB-320 (P720-0008) Maschinenbau / Produktionstechnik, Bachelor, ASPO 01.10.2024 , 3. Studienjahr, Pflichtfach

Die Präsenzzeit dieses Moduls umfasst 60 Unterrichtseinheiten (= 45 Zeitstunden). Der Gesamtaufwand des Moduls beträgt bei 5 Creditpoints 150 Stunden (30 Stunden/ECTS Punkt). Daher stehen für die Vor- und Nachbereitung der Veranstaltung zusammen mit der Prüfungsvorbereitung 105 Stunden zur Verfügung.

Empfohlene Voraussetzungen (Module):
DBMAB-160 Grundlagen der Thermodynamik
DBMAB-310 Thermodynamik der Apparate und Maschinen

[letzte Änderung 13.02.2025]

Als Vorkenntnis empfohlen für Module:

Modulverantwortung:
Prof. Dr.-Ing. Jan Christoph Gaukler

Dozent/innen: Prof. Dr.-Ing. Jan Christoph Gaukler

[letzte Änderung 11.06.2021]

Lernziele:
Die Studierenden beherrschen die Grundlagen der Thermodynamik von Mehrkomponentensystemen (Gemische ideale Gase, Luft-Wasserdampf-Gemische, reale Mischungen, verfahrenstechnische Grundlagen des Siedens und Kondensierens) sowie der chemischen Gleichgewichtsthermodynamik und können diese zur Lösung konkreter Probleme anwenden. Sie verstehen thermodynamische Phänomene (z.B. Sieden, Kondensieren, Adsorption), Konzepte (z.B. chemisches Potential) und Zusammenhänge (z.B. kolligative Eigenschaften von Lösungen) sowie das Prinzip des chemischen Gleichgewichtes, dessen Beeinflussung durch Änderung von Konzentration, Druck und Temperatur und dessen Anwendung auf Gasgleichgleichgewichte und Gleichgewichte in wässrigen Lösungen.

Die Studierenden sind in der Lage, bisherige, aktuelle bzw. zukünftige Entwicklungen der Energietechnik im Rahmen der Energiewende mit Schwerpunkt auf Speichertechnologien und Wasserstofftechnologie zu benennen, einzuordnen und aus gesellschaftlicher und ökologischer Sicht zu bewerten, um z.B. den gesellschaftlichen Diskurs darüber kritisch und reflektiert zu begleiten und ggf. mitzugestalten.

Die Studierenden verfügen über die physikalischen Grundlagen der Fluidmechanik (Eigenschaften von Fluiden, Hydrostatik, Fluiddynamik inkompressibler, idealer und realer Fluide, Einführung in die Rohrhydraulik) und können unter Anwendung mathematischer Methoden strömungsmechanische Fragestellungen selbstständig beantworten. Es ist ihnen möglich, einfache ingenieurwissenschaftliche Probleme auf diesem Gebiet zu analysieren, auf die physikalischen Grundprinzipien zu reduzieren, und zielgerichtet Lösungen zu erarbeiten, so dass sie einfache Maschinen und Systeme mit strömenden Medien konzipieren können.

[letzte Änderung 13.02.2025]

Inhalt:
Höhere Thermodynamik:
• Gemische idealer Gase
• Luft-Wasserdampf-Gemisch/Feuchte Luft: Taupunkt, Zusammensetzung feuchter Luft, thermische und kalorische
  Zustandsgrößen, h,x-Diagramm nach Mollier, Erwärmen und Kühlen bei konstantem Dampfgehalt, Trocknung feuchter Luft,
  adiabate Vermischung zweier feuchter Luftströme, Zugabe von Flüssigkeiten/Dampf zu feuchter Luft, Verdunstungskühlung
  und Kühlgrenztemperatur
• Thermodynamik der Mischungen: Partielle molare Größen, Gibbs-Duhem-Gleichung, kalorische Zustandsgrößen der Mischung,
  chemisches Potential flüssiger Phasen nach Raoult und nach Henry, kolligative Eigenschaften von Lösungen, Aktivitäten,
  Phasendiagramme
• Chemische Reaktionskinetik
• Chemisches Gleichgewicht:
  o Massenwirkungsgesetz
  o Prinzip vom kleinsten Zwang (nach le Chatelier)
  o homogene und heterogene Gasgleichgewichte
  o Gleichgewichte in wässrigen Lösungen: Ionenprodukt des Wassers, pH-Wert und dessen Bestimmung, elektrolytische
    Dissoziation, Kohlensäuregleichgewicht, Pufferlösungen, saure und alkalische Reaktionen von Salzen
  o Löslichkeitsprodukt
  o Adsorptionsvorgänge
• Fortsetzung der Diskussion zu bisherigen, aktuellen und zukünftigen Entwicklungen der Energietechnik im Rahmen der
  Energiewende mit Schwerpunkt auf Speichertechnologien (thermisch / physikalisch-chemisch), Wasserstofftechnologie und
  Sektorenkopplung

Fluidmechanik:
• Eigenschaften von Fluiden
• Hydrostatik
  o Statischer Druck in Flüssigkeiten
  o Eulersches Grundgesetz
  o Druckverteilung in ruhenden Flüssigkeiten
  o Druckverteilung in rotierenden Flüssigkeiten
  o Druckverteilung auf ebene und auf gekrümmte Flächen
  o Hydrostatischer Auftrieb
  o Geodätische Saughöhe
• Aerostatik
  o Höhenabhängigkeit des Luftdruckes
  o Auftrieb in Gasen
• Fluiddynamik (Schwerpunkt: Inkompressible Fluide)
  o Stromfadentheorie
  o Kontinuitätsgleichung
  o Bernoulli-Gleichung für ideale Flüssigkeiten
  o Anwendungen der Grundgleichungen:
    - Prandtlsches Staurohr
    - Venturi-Rohr
    - Wasserstrahlpumpe
    - Ausfluss aus Behältern
  o Impuls- und Drallsatz: Grundlagen und Anwendungen z.B. zur Auslegung von Krümmern und Strömungsmaschinen
  o Reale Flüssigkeiten: Prandtl-Grenzschicht, Stokesches Reibungsgesetz, Bernoulli-Gleichung für reale Flüssigkeiten,
    Carnotscher Stoßverlust, Druckverlustzahl
  o Einführung in die Rohrhydraulik: Geschwindigkeitsverteilung bei laminarer Rohrströmung, Gesetz von Hagen-Poiseuille,
    Widerstandszahl, mittlere Geschwindigkeit, Reynoldszahl, turbulente Rohrströmung

[letzte Änderung 13.02.2025]

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

[letzte Änderung 02.02.2023]

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)
• Gross, Hauger, Schnell, Wriggers: Technische Mechanik 4, Springer
• Jirka, Gerhard H.: Einführung in die Hydromechanik, Universitätsverlag Karlsruhe
• H. Sigloch: Technische Fluidmechanik, Springer Vieweg

[letzte Änderung 02.02.2023]

[Fri Apr 4 00:19:57 CEST 2025, CKEY=ahtuf, BKEY=aswmpt2, CID=DBMAB-320, LANGUAGE=de, DATE=04.04.2025]