Thermodynamik / Fluidmechanik

Institut für Management und Technik

Version 5.0 vom 13.11.2019

75B0190

Thermodynamics / Fluid Mechanics

Allgemeiner Maschinenbau (B.Sc.)

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Wärmeenergie und Energieumwandlungen spielen bei den meisten technischen Prozessen eine wichtige Rolle und werden durch die Thermodynamik beschrieben. In dieser Lehrveranstaltung werden die wichtigsten Begriffe und Lehrsätze der Thermodynamik vorgestellt und ihre Anwendung zur Beschreibung technischer Prozesse praxisorientiert erläutert. Dazu gehört die Diskussion verschiedener Kreisprozesse.

In offenen thermodynamischen Systemen, aber auch allgemein in Naturwissenschaft und Technik ist die Fluidmechanik von großer Bedeutung. Vielfältige Anwendungen finden sich im Fahrzeug-, Flugzeug- und Schiffbau und Bauwesen, aber auch in der Verfahrenstechnik und Energietechnik. Vermittelt werden die Grundlagen der Fluidmechanik und deren Anwendung zur Lösung strömungstechnischer Probleme aus der Praxis.

• A) Thermodynamik
• 1. GrundlagenThermodynamisches System und SystemgrenzenThermische ZustandsgrößenThermische Zustandsgleichungen und ZustandsdiagrammeIdeales und reales GasNullter Hauptsatz
• 2. Energiebilanzen – Erster HauptsatzEnergien eines SystemsInnere Energie und WärmeVolumenänderungsarbeitEnthalpie
• 3. Zustandsänderungen des idealen GasesIsothermen, Isobaren, Isochoren, Isentropen
• 4. Energieumwandlungen – Zweiter HauptsatzEntropie und ihre BerechnungReversible und irreversible ProzesseTemperatur-Entropie-Diagramm
• 6. Thermodynamische KreisprozesseThermischer WirkungsgradCarnot-ProzessIdeale Vergleichsprozesse
• 7. Zwei-Phasen-Systeme reiner Stoffe
• 8. Wärmeübertragung
  
  B) Fluidmechanik
• 1. Fluide und ihre Eigenschaften
• 2. HydrostatikHydrostatische GrundgleichungVerbundene Gefäße und hydraulische PresseDruckkräfte auf BegrenzungsflächenStatischer Auftrieb
• 3. Grundlagen der FluiddynamikGrundbegriffeBewegungsgleichung für das FluidelementErhaltungssätze der stationären Stromfadentheorie: Kontinuitätsgleichung, Impulssatz, Impulsmomentensatz (Drallsatz) und Energiesatz für inkompressible Fluide
• 4. Anwendungen zur stationären Strömung inkompressibler FluideLaminare und turbulente Rohrströmung Druckverluste in Rohrleitungselementen
• 5. Stationäre Umströmung von Körpern (Fluid inkompressibel)

Wissensverbreiterung
Die Studierenden, die dieses Modul erfolgreich studiert haben, ...
... haben einen Überblick über die wichtigsten thermodynamischen Größen, ihre Zusammenhänge und Gesetzmäßigkeiten.
... können die Hauptsätze zur qualitativen und quantitativen Beschreibung von thermodynamischen Prozessen anwenden.
... kennen die Arbeitsweise von Wärmekraftmaschinen und die zugehörigen idealen Vergleichsprozesse.
... kennen die Grundlagen der Hydrostatik und Fluiddynamik
... können die Druck-Verteilung in ruhenden Fluiden bestimmen.
... für eindimensionale Strömung die Kontinuitäts-, Energie- und (Dreh-) Impuls-Gleichung anwenden
... können strömungstechnische Fragestellungen von Anlagen, Maschinen und Fahrzeugen kompetent analysieren.
Wissensvertiefung
Die Studierenden, die dieses Modul erfolgreich studiert haben, ...
... können Kenngrößen konkreter thermodynamischer Prozesse berechnen
... können Prozesse anhand von Vergleichsprozessen beurteilen.
... verstehen die Bedeutung der Stromfadentheorie für eindimensionale Strömungen
... wenden die wichtigsten Berechnungsvorschriften an.

Können - instrumentale Kompetenz
Die Studierenden, die dieses Modul erfolgreich studiert haben, nutzen Verfahren und Methoden, die bei Standardproblemen oder ausgewählten Problemen der Thermodynamik und Fluidmechanik eingesetzt werden.
Können - kommunikative Kompetenz
Die Studierenden, die dieses Modul erfolgreich studiert haben, haben gelernt, die erworbenen Kenntnis auf konkrete Aufgabenstellungen im Team anzuwenden und zu präsentieren.
Können - systemische Kompetenz
Die Studierenden, die dieses Modul erfolgreich studiert haben, können thermodynamische und strömungsmechanische Berechnungen durchführen, die in weiterführenden Modulen wie Maschinenelemente oder Konstruktionstechnik verwendet werden.

Vorlesung mit integrierten Übungen

Grundlagen der Physik und Mathematik

Umbreit, Michael

Umbreit, Michael

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• zur Thermodynamik:
• 1. Baehr, H. D.: Thermodynamik: Grundlagen und technische Anwendungen. Springer
• 2. Baehr, H. D.; Stephan, K.: Wärme- und Stoffübertragung. Springer
• 3. Geller, W.: Thermodynamik für Maschinenbauer. Springer
• 4. Hahne, E.: Technische Thermodynamik: Einführung und Anwendung. Oldenbourg
• 5. Langeheinecke, K. (Hrsg.); Jany, P.; Thieleke, G.: Thermodynamik für Ingenieure. Springer Vieweg
  
  zur Fluidmechanik:
• 1. Bohl, W.: Technische Strömungslehre. Vogel
• 2. Böswirth, L.: Technische Strömungslehre. Springer Vieweg
• 3. Schade, H.; Kunz, E.: Strömungslehre. De Gruyter
• 4. Siekmann, H.E.: Strömungslehre für den Maschinenbau. Springer
• 5. Zierep, J.: Grundzüge der Strömungslehre. Springer

• Klausur 2-stündig
• Projektbericht
• Experimentelle Arbeit

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