Lehrveranstaltungen

Thermodynamik (3VL/ 1Ü/ 1S) (Bachelor)

Ansprechperson: Herr M.Sc. Michael Steeb
Sprechstunden: IfT, Zimmer 213 (Herr M.Sc. Markus Pollak) ; 09:30-10:30 Uhr mittwochs (im Semester) und nach Absprache (vorlesungsfreie Zeit)

Inhalte:

• Grundbegriffe der Thermodynamik
• Bilanzen und Erhaltungssätze
• Thermodynamische Relationen
• Fundamentalgleichungen und Zustandsgleichungen
• Grundlegende thermodynamische Zustandsänderungen und Prozesse
• Gleichgewichtsbedingungen
• Arbeitsvermögen und Exergie
• Ideales Gas
• Reale Stoffe
• Thermodynamische Prozesse
• Feuchte Luft

Wärme- und Stoffübertragung (2VL/ 2Ü/ 1S) (Bachelor)

Ansprechperson: Herr M.Sc. Michael Steeb

Inhalt:

• Wärmeübertrager
• Eindimensionale stationäre Wärmeleitung
• Mehrdimensionale instationäre Wärmeleitung
• Konvektive Wärmeübertragung ohne Phasenwechsel
• Konvektive Wärmeübertragung mit Phasenwechsel
• Wärmestrahlung
• Strahlung schwarzer Körper
• Strahlungseigenschaften realer Körper
• Strahlungsaustausch
• Diffusion, konvektiver Stofftransport

Thermodynamik der Gemische (2VL/ 2Ü) (Master)

Ansprechperson: Frau Priv.-Doz. Dr.-Ing. Gabriele Raabe

Inhalt:

• Einführung in die Thermodynamik der Gemische: Grundbegriffe, Gemische idealer Gase und Gas-Dampf-Gemische (Feuchte Luft)
• Fundamental­gleichung von Gemischen und das chemische Potential
• Der erste Hauptsatz für Systeme mit veränderlicher Stoffmenge
• Zustandsgleichungen, Eulersche Gleichung und die Gleichung von Gibbs-Duhem
• Gibbssche Phasenregel und Phasendiagramme
• Thermodynamische Potentiale und Zustandsgrößen realer Gemische
• Phasenzerfall und Phasengleichgewichte: Gleichgewichtsbedingungen, Berechnung von Phasen­gleichgewichten, Konsistenzkriterien, Differentialgleichungen der Phasen­grenz­kurven
• Thermodynamik der chemischen Reaktionen, inkl. Verbrennung und Brennstoffzelle

Thermodynamics and Statistics (2VL/ 2Ü) (Master)

Ansprechperson: Herr Dipl.-Wirtsch.-Ing. M.Sc. Fabian Ahrendts

Inhalt:

• Classical Thermodynamics: Introduction, Historical Background and Goals
• Basic Considerations: Thermodynamic Systems, Extensive and Intensive Properties and Process Variables
• Balances and Conservation Laws: General Form of a Balance, Mass Balance, Mass Balance for Mixtures, Momentum Balance, Energy Balance and Entropy Balance
• Thermodynamic Relations: the Euler Equation, the Gibbs-Duhem Relation, the Enthalpy, the Helmholtz Free Energy, the Gibbs Free Energy and Maxwell Relations
• Fundamental Equations: Thermal and Caloric Equations of State, Entropy and Volume as Functions of p and T, Energy Relations as Functions of p and T
• Heat and Work Interactions: Isobaric, Isochoric, and Isothermal Changes of State, Heat Capacity,  Adiabatic and Isentropic Change of State, Polytropic Change of State and the Carnot Cycle
• Equilibrium Criteria: Phase Equilibria, Lowest-Energy Principle
• Availability and Exergy: Exergy of Open Systems, Exergy of Closed Systems, Exergy of Heat and Lost Available Work
• Ideal Gas: Thermal Equation of State, Caloric Equation of State and Heat Capacities, Changes of States of Ideal Gases
• Real Substances: Basic Considerations, Properties of a Two-Phase Mixture, Phase Diagrams, Equations of State, Vapor-Liquid Equilibrium, Clausius-Clapeyron Relation, Gibbs Phase Rule, Joule-Thomson Effect, Speed of Sound and Changes of State
• Statistical Thermodynamics: Foundations, Thermodynamic and Quantum States, Microstate, Macrostate, and Probability, Equilibrium Conditions, the Molecular Partition Function, a General Method of Approach and Statistics
• Applications: Equipartition, Solids, Ideal Gas, Real Fluids

Objektorientierte Simulationsmethoden in der Thermo- und Fluiddynamik (2VL/ 2Ü) (Master)

Ansprechperson: Herr M.Sc. Andreas Schulte

Inhalt:

• Grundlagen der objektorientierten algorithmischen Formulierung hybrider Algebro-Differenzialgleichungssysteme (hybride ADGL-Systemen) und entsprechender  Lösungsverfahren zur Beschreibung thermischer und fluidtechnischer Systeme
• Theorie, Implementierung und Anwendung nummerischer Lösungsverfahren und mathematischer Analysewerkzeuge; Einführung in Werkzeuge für den Regler-Entwurf
• Aufbau einer Grafischen Oberfläche mit der Qt Bibliothek, sowie Einführung in weitere Bibliotheken
• Praktische Beispiele: thermische Solaranlage, Postprocessing und FMI-Standard
• Mit dem Abschlussprojekt und in der Abschlussprüfung zeigen die Teilnehmer, dass Sie eigenständig Modelle und Lösungsverfahren programmieren mit anschließendem Postprocessing umsetzen können

Molekulare Simulation (2VL/ 2Ü) (Master)

Ansprechperson: Frau Priv.-Doz. Dr.-Ing. Gabriele Raabe

Inhalt:

• Grundlagen aus der statistischen Thermodynamik: Begriff des Ensembles, Zustands­summen, Zustandssumme des idealen Gases, Maxwell-Boltzmann-Geschwindig­keits­ver­teilung
• Monte Carlo Simulation: Important Sampling, Simulation in verschiedenen Ensemblen, spezielle Algorithmen zur Simulation von Phasengleichgewichten, Biased Sampling 
• Molekulardynamik: Finite Differenzen Methoden, Bestimmung von Stoffeigenschaften, Simulation in verschiedenen Ensembles, Thermostate und Barostate, Simulation von Molekülen
• Modelle zur Beschreibung der Wechselwirkungsenergie: Arten der intra- und inter­molekularen Wechselwirkungen und ihre Modellierungsansätze, verschiedene Arten von Kraftfeldmodellen
• Simulationstechniken: Initialisierung einer Simulation, periodische Randbedingungen, Nachbarlisten, Ewaldsumme, Übungen mit Simulationsprogrammen

Labor zur Vorlesung Molekulare Simulation (2L) (Master)

Ansprechperson: Frau Priv.-Doz. Dr.-Ing. Gabriele Raabe

Inhalt:

Eigenständige Durchführung von Simulationen unter Verwendung von weit verbreiteten Simulationsprogrammen; Implementierung der molekularen Modelle, Ausarbeitung von Simulationsprotokollen, Initialisierung und Durchführung der Simulation, Analyse und Interpretation der Simulationsergebnisse.

Molekulare Modellierung und Simulation biologischer und pharmazeutischer Systeme (für Bio- und Chemieingenieurwesen und Pharmaingenieurwesen) (2VL/ 1Ü) (Master)

Ansprechperson: Frau Priv.-Doz. Dr.-Ing. Gabriele Raabe

Inhalt:

• Grundbegriffe der statistischen Thermodynamik
• Einführung in die Molekulardynamik 
• Kraftfeldmodelle (Force Fields) für biologische und pharmazeutische Systeme, Coarse Graining Ansätze
• Simulationstechniken, Durchführung und Auswertung von Simulationen, Umgang mit Simulations- und Visualisierungsprogrammen 
• Methoden zur Ermittlung der freien Energie mit verschiedenen Anwendungen: Löslichkeiten, Konformationsänderung, Ligandenbindung 

Nachhaltige (Ab-)Wärmenutzung (2VL/ 1Ü) (Master)

Ansprechperson: Herr Dr.-Ing. Nicholas Lemke

Inhalt:

• Grundlagen technischer Thermodynamik: Bilanzierung, Prozessgrößen, Exergie, Kreisprozesse, Wärmeübertragung
• Einordnung unterschiedlicher Abwärmequellen: Industrie, Verkehr, natürliche Quellen
• Wärmedämmung, -Speicherung und -Transport: sensible, latente & thermo-chemische Wärmespeicher, Fernwärme, Heat Pipes
• Prozesse und Verfahren zur Wärmenutzung: Wärmepumpen, Organic Rankine Cycle, Kalina-Prozess, Stirling-Prozess, Joule-Prozess, Thermoelektrik, Absorptions- & Adsorptionskälteanlage, sorptionsgestützte Klimatisierung
• Systeme und Betriebsstrategien: Exergetische Analyse & Optimierung

Modellierung thermischer Systeme in Modelica (2VL/ 1Ü) (Master)

Ansprechperson: Herr M.Sc. Hamidreza Hassani Khab Bin

Inhalt:

• Objektorientierte und gleichungsbasierte Formulierung von hybriden Algebro-Differenzialgleichungssystemen (hybride ADGL-Systemen) zur Beschreibung physikalischer Systeme mit Hilfe der Simulationssprache Modelica  (www.modelica.org)
• Nummerische Lösungsverfahren: DGL-Integration, Residuen-Iteration, Ereignisdetektion
• Praktische Beispiele am Computer: Aufbau eigener objektorientierter Modell­bibliotheken, Beschreibung von physikalischen Bilanzen und Transportprozessen unter Einbindung existierender Stoffdaten-Bibliotheken, stationäre und transiente Modellierung verschiedener thermischer Komponenten und Systeme
• Mit dem Abschlussprojekt und in der Abschlussprüfung zeigen die Teilnehmer, dass Sie eigenständig eine objektorientierte, gleichungsbasierte Modellbibliothek erstellen können und die erforderlichen nummerischen Lösungsverfahren verstehen

Fahrzeugklimatisierung (2VL/ 1Ü) (Master)

Ansprechperson: Herr M.Sc. Maximilian Hebeler

Inhalt:

• Theoretische Grundlagen der Fahrzeugklimatisierung (thermischer Komfort, Heiz- und Kälte­leistung)
• Fahrzeugklimatisierung als relevante Komponente in der E-Mobilität
• Praktische Umsetzung und Anwendung in aktuellen Beispielen
• Komponenten der Fahrzeugklimaanlage
• Auslegung des Kältemittelkreislaufs und des Kälteprozesses
• Aktuelle Fragestellungen des thermischen Fahrzeugmanagements (Batterieelektrische Fahrzeuge, Brennstoffzellenfahrzeuge, Temperierung von Komponenten, z.B. Leistungselektronik, Antriebsmotoren oder weitere periphere Systeme)
• Diskussion von aktuellen Kälteprozessen und zukünftigen Alternativen
• Klimatisierung von Flugzeugen und Schiffen

Labor zur Vorlesung Fahrzeugklimatisierung (2L) (Master)

Ansprechperson: Herr M.Sc. Maximilian Hebeler

Inhalt:

Das Institut bietet zur Vorlesung ein Laborpraktikum mit 3 Versuchen an:

• Betrieb einer PKW-Klimaanlage
• Demonstration des kritischen Punktes reiner Stoffe
• Untersuchung eines Kaltdampfprozesses

Interdisziplinäres Forschungsmodul Batterie (Master)

Ansprechperson: Herr M.Sc. Michael Steeb

Inhalte:

• Elektrische und thermische Modellierung von Batteriezellen und -modulen auf Systemebene in der Modellierungs-sprache Modelica
• Untersuchung und Bewertung verschiedener Kühlstrategien für den Einsatz in elektrifizierten Fahrzeugen