Energy and Thermodynamics Basics 1

Renewable Energy and Energy Efficiency - Management, Engineering and Application, Master (PO-2026)

Eindeutige ModulnummerETechn-9300-M
Modulnummer / ModulcodeP-UM-01
ModulnameEnergy and Thermodynamics Basics 1
Art des ModulsPflicht
Lernergebnisse, Kompetenzen, Qualifikationsziele
  • Kenntnisse über Konzepte, Grundlagen und Eigenschaften der Thermodynamik sowie thermodynamische Gleichgewichte von reinen und gemischten Fluiden
  • Beherrschung der Massenbilanz, Energie und Entropie sowie Exergieanalyse von thermodynamischen Systemen und Prozessen
  • Beherrschung des Mollier-Diagramms sowie der Grundoperationen der Luftaufbereitung
  • Kenntnisse über die Grundlagen thermischer Gesetze und die Identifizierung der drei Arten der Wärmeübertragung (Wärmeleitung, Konvektion, Wärmestrahlung)
  • Aufstellen und Lösen von Gleichungen einfacher Probleme der Wärmeübertragung, z.B. reguläre Geometrien mit verschiedenen Randbedingungen
  • Verstehen, Modellieren und Beherrschen von analytischen und numerischen Techniken zur Lösung von Wärmeleitungsproblemen
  • Definieren und Implementieren von Gleichungen für Wärmeleitungsprobleme und das Auswählen der geeigneten Methoden zur Lösung der Probleme sowie die Interpretation der numerischen Resultate.
LehrveranstaltungsartenVLmP+Ü (2 SWS); VLmP+Ü (4 SWS)
Lehrinhalte

Thermodynamics Fundamentals

  • Students know fundamentals of thermodynamic e.g. open and closed systems, steady-state processing, state of matter, heat, molecular agitations, ideal gases, real gases; thermodynamic properties (internal energy, enthalpy, free energy, free enthalpy, entropy, specific heat); first and second law of thermodynamics for a closed system; thermodynamic relations (Gibbs equations, Maxwell's equations, characteristic functions, general expressions of S, U and H, general relationship between Cp and Cv); thermodynamic equilibrium phases (chemical potentials); state equations applied to pure fluids (state equation of ideal gases); thermodynamics of mixtures (mixture of ideal gases, ideal solutions); first law of thermodynamics for open systems (mass and energy balance); second law of thermodynamics for open systems (entropy balance sheet); exergy analysis (generation of entropy and exergy destruction, application to steady flows and closed systems); gas turbine (operating principle, Brayton cycle, inverted Brayton cycle), steam turbine (block diagram, Rankine cycles); engines; refrigeration machines, single-stage and two-stage vapor compression (schematic diagrams, thermodynamic cycles in PH and TS diagrams, two-stage compression and expansion); cryogenic thermodynamic processes; liquefaction of air (Linde and Claude cycles); production of dry ice.

Heat Transfer Fundamentals

  • Students know
    • Heat transfer basics: specific terms (temperature, heat flux, heat, isothermal surfaces); thermo physical characteristics; heat transfer methods (mechanisms and Fourier's, Newton's and Stefan’s laws); simultaneous heat transfers.
    • Problem resolution of heat transfer: heat balance concept; general equation of conduction; boundary conditions; electrical analogy; systems with internal heat source.
    • Thermal fins study: introduction to the fins (applications, forms, materials, ... etc.); heat balance; performance and efficiency.
    • Steady conduction: analytical solution of the Laplace equation; steady numerical methods.
    • Unsteady conduction: dimensionless numbers (Biot and Fourier); thermally thin systems (low Biot); analytical and numerical methods.
    • Introduction to convection: heat transfer by convection; the general equations of transfer; boundary layers.
    • Forced convection: external flows; the experimental and theoretical methods; flow around a cylinder, sphere and a tube bundle; internal flows; hydrodynamic and thermal considerations; laminar flow in circular tubes; correlation for turbulent flow in circular and non-circular tubes.
    • Natural convection: boussinesq Model; similarity; natural convection near a vertical wall; correlations for natural convection.
Titel der LehrveranstaltungenThermodynamics Fundamentals
Heat Transfer Fundamentals
Lehr- und Lernmethoden (Lehr- und Lernformen)lecture, exercise
Verwendbarkeit des Moduls
Dauer des Moduls1 Semester
Häufigkeit des Angebotesjährlich im Wintersemester
SpracheEnglish
Empfohlene (inhaltliche) Voraussetzungen für die Teilnahme am Modul
Voraussetzungen für die Teilnahme am Modul keine
Studentischer Arbeitsaufwand180 Stunden (90 h Präsenzstudium; 90 h Selbststudium)
Studienleistungenkeine
Voraussetzung für Zulassung zur Prüfungsleistungkeine
PrüfungsleistungenPrüfungsleistung P1: Thermodynamics Fundamentals - Zwischenprüfungen (1/3), Klausur (90 min) (2/3)
Notengewichtung P1: 33%
Prüfungsleistung P2: Heat Transfer Fundamentals - Zwischenprüfungen (1/3), Klausur (90 min) (2/3)
Notengewichtung P2: 67%
Anzahl Credits (ECTS)6 cp
LehreinheitElektrotechnik
Modulverantwortliche/rProf. El Alimi
LehrendeKhalifa Mejbri, Walid Hassen, Ameni Mokni
Medienformenblack board and beamer, lectures and presentations, problem based teaching, experimental measurements, use of simple computer programs
Literatur
  • J. Morano, N. Shapiro, Fundamentals of Engineering Thermodynamics.
  • Michael J. Moran, Howard N. Shapiro, Bruce R. Munson, David P. DeWitt, Introduction to Thermal Systems Engineering: Thermodynamics, Fluid Mechanics, and Heat Transfer. John Wiley & Sons, Inc.
  • CENGEL Y.A. Heat Transfer : Practical Approach, McGraw-Hill, 1997.
Bemerkungen

6 cp (2 cp - Thermodynamics Fundamentals; 4 cp - Heat Transfer Fundamentals)