Technische Universität Ilmenau

Angewandte Thermo- und Fluiddynamik - Modultafeln der TU Ilmenau

Die Modultafeln sind ein Informationsangebot zu den Studiengängen der TU Ilmenau.

Die rechtsverbindlichen Studienpläne entnehmen Sie bitte den jeweiligen Studien- und Prüfungsordnungen (Anlage Studienplan).

Alle Angaben zu geplanten Lehrveranstaltungen finden Sie im elektronischen Vorlesungsverzeichnis.

Informationen und Handreichungen zur Pflege von Modulbeschreibungen durch die Modulverantwortlichen finden Sie unter Modulpflege.

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Modulinformationen zu Modulnummer 200281 - allgemeine Informationen
Modulnummer200281
FakultätFakultät für Maschinenbau
Fachgebietsnummer2346 (Technische Thermodynamik)
Modulverantwortliche(r)Prof. Dr. Christian Cierpka
SpracheDeutsch
TurnusWintersemester
VorkenntnisseStrömungsmechanikhöhere Ingenieursmathematik

Lernergebnisse und erworbene KompetenzenNach erfolgreichem Abschluss der Lehrveranstaltung Angewandte Thermofluiddynamik haben die Studierenden einen tieferen Einblick in zwei Spezialgebiet der Thermofluiddynamik, nämlich den Strömungen mit freier Grenzfläche (Teil 1) und den Zweiphasenströmung (Teil 2). Sie erkennen die Wichtigkeit dieser beiden Spezialgebiete für die Analyse von natürlichen und industriellen Strömungstransportprozessen. Sie verstehen die physikalische Bedeutung der neuen Begriffe und der neu auftretenden Kennzahlen. Nach erfolgreiche Teilnahme sind die Studierenden in der Lage, in der Natur auftretende und technisch relevante Problemstellungen in diesen beiden Fachbereichen ingenieursmäßig zu analysieren und beherrschen die physikalische und mathematische Modellbildung. Sie können die problemspezifischen Kennzahlen bilden und physikalisch interpretieren. Sie verwenden die mathematische Beschreibung sicher und wählen analytische Lösungsansätze gezielt aus. Sie sind ferner in der Lage die erzielten Lösungen zu diskutieren und auf ihre Plausibilität prüfen zu können. In der Vorlesung werden zudem Fachkompetenzen im Bezug zu aktuellen Forschungsprojekte des Instituts für Thermo- und Fluiddynamik vermittelt.
In der wöchentlichen Übung lösen die Studierenden eigenständig und in der Gruppe komplexe anwendungsorientierte Aufgaben. Sie sind nach Abschluss in der Lage die erzielten Ergebnisse zu interpretieren und diese auf physikalische Plausibilität durch methodische Entwicklung von geeigneten Lösungsansätzen und Bewertung der den Lösungsansätzen zugrunde liegenden physikalischen Annahmen zu überprüfen. Die Studierenden haben vertiefte Kenntnisse in den theoretischen und mathematischen Grundlagen und werden bei erfolgreicher Teilnahme an die Anforderungen an ein eventuelles anschließendes Promotionsstudium vorbereitet. Hierdurch entwickeln die Studierenden nicht nur Fachkompetenz, sondern auch Kompetenzen in den Feldern wissenschaftliches Arbeiten, wissenschaftliche Dokumentation und wissenschaftliche Präsentation.
Inhalt

Inhalt

Teil 1: Blöcke 0 – 3 (Prof. Dr. Karcher)
Teil 1 untergliedert sich in vier Blöcke mit Vorlesungen (V) und zughörigen Übungen (Ü).

Block 0: Thermodynamische Grundlagen- Hauptsätze der Thermodynamik mit Anwendungen

- Entropie und Exergie mit Anwendungen

- Gibbssche Energie und thermodynamische Potentiale mit Anwendungen

 

Block 1: Geothermische Anwendungen der Thermofluiddynamik

- Grundlagen der Geothermie

- Anwendung Wärmepumpenprozess

- Anwendung Auslegung von Erdwärmekollektoren

- Anwendung Stirling-Prozess

 

Block 2: Thermofluiddynamische Anwendungen zur Meerwasserentsalzung

- Grundlagen zum Thema Wasser

- Thermofluiddynamik von Verdunstungs- und Verdampfungsprozessen

- Beispiele zu Verdunstungs- und Verdampfungsverfahren

- Beispiele zu Membranverfahren (Umkehrosmose, Destillation, Ionenkraft)

- Anwendung Trink- und Brauchwassergewinnung auf Passagierschiffen

 

Block 3: Thermofluiddynamik von Freien Grenzflächen

- Oberflächenspannung und Kapillarität

- Messmethoden zur Bestimmung der Oberflächenspannung

- Steighöhen in Kapillaren und Tropfen- und Blasenbildung

- Einführung in die Differenzial-Geometrie

- Anwendungen der Young-Laplace-Gleichung

- Begriff der Kapillarlänge und Kapillarzeit und Kennzahlenbildung

- Einführung in die lineare Stabilitätsanalyse dynamischer Systeme

- Begriffe der Wellenmechanik

- Elektromagnetische Kontrolle von Flüssigmetallströmungen mit freier Grenzfläche

 

Teil 2: Zweiphasenströmungen (PD. Dr. Boeck)

- Charakterisierung von Zweiphasenströmungen

- Strömungsformen und Strömungskarten von Flüssigkeits-Gas-Strömungen

- Druckverluste in ein- und zweiphasiger Rohrströmung

-  Kelvin-Helmholtz-Instabilität

- Rayleigh-Taylor-Instabilität

- Blasenoszillation und Kavitationserscheinungen

Medienformen und technische Anforderungen bei Lehr- und Abschlussleistungen in elektronischer Form

Tafelanschrift, Beamer für Farbbilder und Präsentationen, E-learning über Moodle

Literatur

Teil 1
J. Zierep: Grundzüge der Strömungslehre, G. Braun Verlag, Karlsruhe
L. D. Landau, E. M. Lifshitz, Course of Theoretical Physics Vol. 6: Fluid Mechanics, Butterworth-Heinemann
P. A. Davison: An Introduction to Magnetohydrodynamics, Cambride University Press
D. Langbein: Capillary surfaces, Springer-Verlag, Heidelberg
A. Frohn, N. Roth: Dynamics of droplets, Springer, Heidelberg
 
Teil 2
C. E. Brennen: Fundamentals of Multiphase flow. Cambridge University Press (2005)
R. Clift, J. R. Grace, M. E. Weber: Bubbles, drops and particles. Dover Publications (2005)
L. Gary Leal: Advanced Transport Phenomena. Cambridge University Press (2012)
Van P. Carey: Liquid-vapor phase change phenomena. CRC Press (2007)
F. Mayinger: Strömung und Wärmeübertragung in Gas-Flüssigkeitsgemischen. Springer (1982)

 

Lehrevaluation
Spezifik Referenzmodul
ModulnameAngewandte Thermo- und Fluiddynamik
Prüfungsnummer2300736
Leistungspunkte5
SWS4 (2 V, 2 Ü, 0 P)
Präsenzstudium (h)45
Selbststudium (h)105
VerpflichtungPflichtmodul
Abschlussschriftliche Prüfungsleistung, 90 Minuten
Details zum Abschluss
Alternative Abschlussform aufgrund verordneter Corona-Maßnahmen inkl. technischer Voraussetzungen
Anmeldemodalitäten für alternative PL oder SL
max. Teilnehmerzahl
Spezifik im Studiengang Diplom Maschinenbau 2017, Master Maschinenbau 2017, Diplom Maschinenbau 2021, Master Technische Kybernetik und Systemtheorie 2021
ModulnameAngewandte Thermo- und Fluiddynamik
Prüfungsnummer2300736
Leistungspunkte5
Präsenzstudium (h)45
Selbststudium (h)105
VerpflichtungWahlmodul
Abschlussschriftliche Prüfungsleistung, 90 Minuten
Details zum Abschluss
Alternative Abschlussform aufgrund verordneter Corona-Maßnahmen inkl. technischer Voraussetzungen
Anmeldemodalitäten für alternative PL oder SL
max. Teilnehmerzahl