Modulhandbuch

Wärme- und Stofftransport

Empf. Vorkenntnisse

Thermodynamik

Lehrform Vorlesung/Labor
Lernziele

In der Wärme- und Stoffübertragung sind die Studierenden auf Basis der Charakterisierung eines thermodynamischen Systems bezüglich Masse- und Energieerhaltung in der Lage, verfahrenstechnische Prozesse zu beschreiben. Sie verstehen die unterschiedlichen Wärme- und Stoffübertragungsmechanismen mit den entsprechenden kinetischen Grundgleichungen und können diese für die jeweiligen Prozesse anwenden, um damit technische Wärme- und Stoffaustauschapparate auszulegen und Temperatur- und Konzentrationsverläufe zu ermitteln. Desweiteren ist es den Studierenden möglich, die unterschiedlichen Transportvorgänge hinsichtlich ihrer Effizienz zu evaluieren. Sie lernen das Konzept der Nußeltschen Ähnlichkeitstheorie und die dimensionaslosen Kennzahlen kennen, die die thermodynamischen Systeme repräsentativ beschreiben, und können diese daraufhin hinsichtlich Wärme- und Stoffübertragungsfaktoren analysieren. Ein wesentlicher Teil dieser Veranstaltung umfasst das Gas-Dampf-System am Beispiel von feuchter Luft. Dabei sind die Studierenden in der Lage rechnerisch und grafisch (Mollier-Diagramm) Klimatisierungs-, Befeuchtungs- und Trocknungsprozesse zu verstehen und anzuwenden, um diese verfahrenstechnischen Prozesse auszulegen. Darüberhinaus ist das Verständnis für ideale Phasengleichgewichte vorhanden, das die Grundlage für thermischen Trennprozesse darstellt.

Dauer 1 Semester
SWS 6.0
Aufwand
  • Lehrveranstaltung:90 h
  • Selbststudium/
    Gruppenarbeit:90 h

  • Workload:180 h
Leistungspunkte und Noten

Wärme- und Stofftransport: Klausurarbeit, 90 Mn.

Technikum Wärmeübertragung: Laborarbeit

Die Modulnote entspricht der Klausurnote. Das Labor muss erfolgreich bestanden sein.

ECTS 6.0
Modulverantw.

Prof. Dr.-Ing. Susanne Mall-Gleißle

Max. Teilnehmer 0
Empf. Semester 4
Häufigkeit jedes Jahr (SS)
Veranstaltungen Wärme- und Stofftransport
Art Vorlesung
Nr. M+V528
SWS 4.0
Lerninhalt

In der Veranstaltung Wärme- und Stofftransport werden die grundlegenden Transportmechanismen sowie deren mathematische und anschauliche Beschreibungen eingeführt. Die Vertiefung erfolgt in vorlesungsbegleitenden Übungen anhand Beispielen aus der Energiesystemtechnik.

Zunächst wird aufbauend auf die Thermodynamik und die Beschreibung der Energieumwandlung im 1. Hauptsatz die Abgrenzung zu den Ansätzen zur Kinetik bzw. dem Transport von Wärme und Stoffen vermittelt, die als Auslegungsbasis für die technischen Wärmetauscher dienen. Grundsätzliche Strömungsverschaltungen (Gleichstrom, Gegenstrom und Kreuzstrom) und deren mathematische Darstellung werden besprochen. Es werden die Mechanismen der stationäre und instationäre Wärmeleitung (Fourier-Gesetz), der erzwungenen und freien Wärmekonvektion (Newton-Ansatz) und die Wärmestrahlung erläutert und in verfahrenstechnischen Beispielen und Übungen jeweils vertieft. Es wird das Ähnlichkeitsprinzip des Wärmeübergangs nach Nußelt eingeführt und charakteristische dimensionslose Kennzahlen aus Massen-, Impuls- und Energiebilanzen hergeleitet. Für die häufigen Anwendungen der erzwungenen und freien Wärmekonvektion werden Ansätze für Nußelt bereitgestellt und in Aufgaben geübt. Der gekoppelte Wärme- und Stoffaustausch wird am Mollier-Diagramm für feuchte Luft für alle gängigen verfahrens- und klimatechnische Prozesse erläutert und mittels grafischer und rechnerischer Methoden geübt. Der Stofftransport wird für diffusive Vorgänge anhand des kinetischen Fickschen-Ansatzes erläutert und insbesondere für die Kondensation vermittelt. Abschließend wird auf die Phasengleichgewichte im idealen Fall für binäre Stoffsysteme eingegangen und das thermische Trennverfahren der Rektifikation erläutert.

Literatur

H.D. Baehr und K. Stephan, Wärme- und Stoffübertragung, Springer Verlag Berlin-Heidelberg (2008)
VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (Hrsg.), VDI Wärmeatlas, 11. Auflage (2013), Springer Vieweg Verlag
P. von Böckh, Th. Wetzel, Wärmeübertragung: Grundlagen und Praxis, 5. Auflage, Springer Verlag, 2014

Technikum Wärmeübertragung
Art Labor
Nr. M+V502
SWS 2.0
Lerninhalt

Die wesentlichen Themen der Vorlesung werden in Versuchen, die in Gruppen durchgeführt werden, abgebildet. Dazu gehören: die Wärmeübertragung im Doppelrohrwärmeübertrager im Gegen- und Gleichstrom, die Wärmeübertragung in der Wirbelschicht und die Trockung im Klimaschrank. Zu den Versuchen müssen die Versuche ausgewertet und in Bereichten diskutiert werden. Abschließend werden die Versuchsergebnisse in Präsentationen im Abschlusskolloquium vorgestellt.

Literatur

Versuchsbeschreibungen im moodle-Kurs


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