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Moduldetails
Engineering Thermodynamics
Professur für Thermofluiddynamik (Prof. Polifke)
TUMWTDY
5
1
4
MW1408
2010S
Zuordnungen zu SPO-Versionen
Lehrveranstaltungen und Prüfungsveranstaltungen
Beschreibungen
Export
Allgemeine Daten (Modulhandbuch)
Bachelor
ETD
Einsemestrig
Wintersemester
Englisch
Arbeitsaufwand (Work Load)
150
60
90
Studien- und Prüfungsleistungen
Die Modulprüfung ist schriftlich (90 min). Als Hilfsmittel sind der Umdruck zur Vorlesung (Handout) und die offizielle Formelsammlung zugelassen. Handschriftliche Ergänzungen des Umdrucks sind erlaubt.
Die Studierenden bearbeiten in der Prüfung drei Aufgabenblöcke, die sich an den Beispielen und Aufgaben von Vorlesung und Zentralübung sowie den Hausaufgaben und E-Tests orientieren. Im ersten Aufgabenblock werden Grundbegriffe, Methoden und Konzepte der technischen Thermodynamik mittels Kurzfragen abgefragt. Die beiden folgenden Aufgaben sind mit Teilaufgaben vorstrukturierte Auslegungsrechnungen um die Problemlösungskompetenz der Studenten hinsichtlich der Anwendung der Theorie zu Erhaltungssätzen, Zustands- und Prozessgrößen, Bilanzen, Zustandsgleichungen und -veränderungen, Kreisprozessen und Apparaten auf konkrete Beispiele der thermodynamischen Praxis zu prüfen.
N
N
Beschreibung
Mathematik (Analysis, gewöhnliche DGL, Vektoranalyse, Satz von Gauss)
Mechanik (Kraft, Arbeit, kinetische Energie)
Physik der Wärme (Temperatur, Wärmekapazitäten, ...)
Matlab-Grundkenntnisse
Nach erfolgreicher Teilnahme am Modul können die Studierenden:
- die zentralen thermodynamischen Begriffe wie Energie, Innere Energie, Entropie, und Exergie erläutern.
- zwischen Temperatur und Wärme sowie Zustandsgrößen und Prozessgrößen unterscheiden.
- die unterschiedlichen Terme in der allgemeinen, integralen Form der Erhaltungsgleichungen für Mass, Impuls und Energie interpretieren (inklusive Transport über Systemgrenzen und instationäre Effekte)
- mit Hilfe geeigneter Näherungen aus der allgemeinen Form der Erhaltungssätze Sonderformen zur Beschreibung spezieller Systeme ableiten.
- unterschiedliche Formen der Arbeit in unterschiedlichen thermodynamischen Systemen identifizieren, um damit vollständige Bilanzen für totale / innere / mechanische Energie zu erstellen
- mit Hilfe der kalorischen und thermischen Zustandsgleichungen einfache Zustandsveränderungen idealer Gase quantitativ beschreiben.
- Zustandsveränderungen in Einstoff-Mehrphasensystemen mittels Dampftafeln ermitteln.
- Zustandsveränderungen inkompressibler Flüssigkeiten und Festkörpern mit konstanten Stoffwerten berechnen.
- die Erhaltungssätze anwenden, um Arbeit, Wärme einfacher Prozesse zu bestimmen.
- Charakteristika der wichtigsten Kreisprozesse (Carnot, Joule, Rankine, Otto, Diesel, ) benennen.
- mit Hilfe von Ergebnissen für Arbeit und Wärme von Iso- und Kreisprozessen Wärmekraftmaschinen und andere Apparate zur Energiewandlung auslegen oder bewerten (“nachrechen”).
- mit Hilfe von thermodynamischen Diagrammen (TV, pV, Ts, hs, ph, etc.) oder Dampftafeln Wärmekraftmaschinen und andere Apparate zur Energiewandlung auslegen oder bewerten (“nachrechen”).
- irreversible Entropieproduktion und damit verbundenen Exergieverlust durch Bilanzierung bestimmen und reversible von irreversiblen Prozessen abgrenzen.
- einfache Prozesse mittels Exergiestrombilanz bewerten.
Die Vorlesung ist in fünf Kapitel gegliedert:

1) allgemeine Integralformulierung der Erhaltungssätze für Masse, Impuls und Energie. Daraus abgeleitete, einfache Formulierungen für offene und geschlossene Systeme. Erscheinungsformen der Arbeit. Innere Energie und innere Arbeit. Erster Hauptsatz der Thermodynamik.

2) Thermodynamischer Zustand. Zustandsdiagramme, und -veränderungen. Thermische und kalorische Zustandsgleichungen bzw. Stoffwerte idealer und nicht-idealer Gase, inkompressibler Flüssigkeiten und Feststoffe sowie von gas-flüssig-fest Einstoffsystemen (Dampftafeln). Massen- und Energiebilanzen beim Phasenübergang.

3) Zustands- und Prozessgrößen. Arbeit und Wärme reversibler Iso-Prozesse. Thermodynamische Wirkungsgrade reversibler Kreisprozesse (Carnot, Joule ,..).

4) Entropie und Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik, TS Diagramme, Gibbs-Gleichung, Entropieerzeugung irreversibler Prozesse, Theorem von Guoy-Stodola. Maximierung der Entropie im thermodynamischen Gleichgewicht. Thermodynamische Potentiale. Statistische Interpretation der Entropie.

5) Exergie Bilanzen und irreversible Prozesse. Polytrope Zustandsgleichung, Van der Waals Gase. Clausius-Clapeyron.
mit medialer Unterstützung
Die Konzepte und Methoden der Thermodynamik werden zunächst in der Vorlesung vorgestellt. Zur Vertiefung findet eine Zentralübung statt, in der die Anwendung der Konzepte und Methoden demonstriert wird. Zusätzlich wird eine Kleingruppenübung angeboten, um Fragen der Studierenden zu beantworten. Darüber hinaus sind die Studenten angehalten, wöchentlich Hausaufgaben zu bearbeiten. Diese werden individuell korrigiert. E-Tests auf Moodle ergänzen das Lehrangebot.
Tafelanschrieb, Schaubilder ab Projektor, Animationen
Baehr, H.D., und Kabelac, S. 2012. Thermodynamik: Grundlagen und technische Anwendungen, Springer.

Cengel, Y.A., Boles, M.A., 2001. Thermodynamics: An Engineering Approach, 4th edition. ed. Mcgraw-Hill College, Boston.

Müller, I., Müller, W.H., 2009. Fundamentals of Thermodynamics and Applications: With Historical Annotations and Many Citations from Avogadro to Zermelo, Springer.

Weigand, B., et al. (2013) Thermodynamik Kompakt 3rd edition, Springer.
Modulverantwortliche*r
Prof. Wolfgang Polifke, Ph.D.