Renewable Energy and Energy Efficiency - Management, Engineering and Application, Master (PO-2026)
| Eindeutige Modulnummer | ETechn-9300-M |
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| Modulnummer / Modulcode | P-UM-01 |
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| Modulname | Energy and Thermodynamics Basics 1 |
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| Art des Moduls | Pflicht |
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| 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.
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| Lehrveranstaltungsarten | VLmP+Ü (2 SWS); VLmP+Ü (4 SWS) |
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| 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.
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| Titel der Lehrveranstaltungen | Thermodynamics Fundamentals
Heat Transfer Fundamentals |
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| Lehr- und Lernmethoden (Lehr- und Lernformen) | lecture, exercise |
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| Verwendbarkeit des Moduls | |
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| Dauer des Moduls | 1 Semester |
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| Häufigkeit des Angebotes | jährlich im Wintersemester |
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| Sprache | English |
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| Empfohlene (inhaltliche) Voraussetzungen für die Teilnahme am Modul | |
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| Voraussetzungen für die Teilnahme am Modul | keine |
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| Studentischer Arbeitsaufwand | 180 Stunden (90 h Präsenzstudium; 90 h Selbststudium) |
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| Studienleistungen | keine |
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| Voraussetzung für Zulassung zur Prüfungsleistung | keine |
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| Prüfungsleistungen | Prüfungsleistung 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% |
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| Anzahl Credits (ECTS) | 6 cp |
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| Lehreinheit | Elektrotechnik |
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| Modulverantwortliche/r | Prof. El Alimi |
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| Lehrende | Khalifa Mejbri, Walid Hassen, Ameni Mokni |
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| Medienformen | black board and beamer, lectures and presentations, problem based teaching, experimental measurements, use of simple computer programs |
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| 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.
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| Bemerkungen | 6 cp (2 cp - Thermodynamics Fundamentals; 4 cp - Heat Transfer Fundamentals) |
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