Wärme- und Stoffübertragung

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Nach der Teilnahme an der Modulveranstaltung Wärme- und Stoffübertragung sind die Studierenden in der Lage, die in Natur und Technik auftretenden Wärme- und Stofftransportmechanismen zu verstehen. Sie verstehen die Abstrahierung eines realen Problems auf ein mathematisches Modell. Sie sind in der Lage, Systeme im Hinblick auf die Wärme- und Stoffübertragung zu analysieren und eine Bewertung durchzuführen, um je nach Situation wichtige von unwichtigen (vernachlässigbaren) Mechanismen zu trennen. Sie sind des Weiteren in der Lage, auftretende Wärme- und Stoffströme quantitativ zu berechnen, indem sie analytische und empirische Gebrauchsformeln anwenden. Die Studierenden sind in der Lage, eine gefundene Lösung für eine technische Problemstellung zu bewerten und eigenständige Verbesserungsvorschläge zu schaffen.

Wärmeübertragung = Instationäre Wärmeleitung - Reihenlösungen nach Fourier für den Temperaturausgleich in Platte/Zylinder/Kugel - Wärmeleitung im halbunendlichen Körper - Quellenfunktion der Fourierschen Differenzialgleichung = Rippen & Nadeln - Energiebilanz bei veränderlicher Querschnittsfläche, Leistungsziffer & Wirkungsgrad einer Rippe - Optimierung des Rippenprofils = Warmeübergang mit Phasenumwandlung - Schmelzen und Erstarren ("Stephan-Problem") - Einflussgrößen und dimensionslose Kennzahlen - Kondensation - Sieden (Siedekurve nach Nukijama; Korrelationen) = Strahlungsaustausch - Richtungsabhangigkeit der Emission - Sichtfaktoren - Strahlungsaustausch zwischen diffusen, grauen Strahlern - Detaillierte Form des Gesetzes von Kirchhoff. = Wärmeübergang in durchströmten Rohren und Kanälen - Kritische Reynoldszahl und Einlauflänge - Laminare, ausgebildete Rohrströmung - Thermische Einlaufströmung - Weitere Kanalgeometrien und empirische Korrelationen - Korrelationen für turbulente Rohrströmung. Stoffübertragung: - Stoffübertragung und Phasengleichgewicht - Beziehung für das Phasengleichgewicht - treibendes Gefälle für den Stoffübergang. = Diffusion und Konvektion - Diffusions- und Konvektionsstromdichten - Ficksches Gestz - Bestimmung von Diffusionskoeffizienten (Gas und Flüssigkeit) - Basisgleichungen = Sonderfälle: - äuquimolare Diffusion - einseitige Diffusion - starke Verdünnung = Stoffübergang zwischen zwei Phasen: - Beziehung für den Stoffübergang (²-Konzept) - Filmmodell - Overall-Konzept und Stoffdurchgangskoeffizienten - Bestimmung von Stoffübergangskoeffizienten (Filmmodell, Penetrationsmodell (Oberflächenerneuerungsmodell), Analogie zwischen Wärme- und Stoffübetragung).

Bachelorvorlesung Wärmetransportphänomene

Die Vorlesung findet virtuell als Videostream statt. Im Teil Wärmeübertragung (Dr. Hirsch) werden die Videos werden jeweils 1 Woche vor dem Vorlesungstermin in Moodle bereitgestellt. Am Vorlesungstermin wird dann eine Zoomkonferenz angeboten, wo die Fragen zu den Inhalten interaktiv beantwortet werden. Im Teil Stoffübertragung (Prof. Dr. Klein) wird jeweils am Vorlesungstermin ein Livestream und eine Chatwall angeboten. Weitere Details finden Sie im Moodle-Kurs. In der Vorlesung werden die Lehrinhalte anhand von Vortrag, Präsentation und Tafelanschrieb vermittelt. Beispielhaft werden Probleme aus der Praxis vorgerechnet. Den Studierenden wird eine Foliensammlung, eine Formelsammlung sowie eine Aufgabensammlung zugänglich gemacht. In der Übung werden Aufgaben aus der Aufgabensammlung vorgerechnet. Außerdem wird eine Zusatzübung angeboten, in der thematisch ähnliche Aufgaben als (freiwillige) Hausaufgabe zur eigenständigen Bearbeitung gestellt werden. Alle Lehrmaterialien sowie weiterführende Informationen werden online zur Verfügung gestellt. Zur selbständigen Bearbeitung können für den Wärmeübertragungsteil alte Prüfungsaufgaben von der Webseite heruntergeladen werden. In den Assistentensprechstunden kann individuelle Hilfe gegeben werden.

In einer schriftlichen Prüfung (90 min) sind die vermittelten Inhalte auf verschiedene Problemstellungen anzuwenden. Die Prüfungsaufgaben gliedern sich in 1/3 sogenannte Kurzfragen und 2/3 Rechenaufgaben. In beiden Teilen sind je 2/3 Wärmeübertragungsthemen und 1/3 Stoffübertragungsthemen. Als Hilfsmittel sind schriftliche Unterlagen in Papierform (Buch, Umdrucke, handschriftliche Notizen) und ein nicht-programmierter Taschenrechner zugelassen. Smartphones, Tablets oder andere Computer sind nicht erlaubt.

Polifke und Kopitz, Wärmetransport, 2.Auflage, Pearson-Verlag, 2009; Incropera et al., Heat and Mass Transfer, 6.Auflage, John Wiley & Sons, 2007; Bird, B. R., W. E. Stewart und E. N. Lightfoot: Transport Phenomena. John-Wiley & Sons, Zweite Auflage, 2002; Cussler, E. L.: Diffusion Mass Transfer in Fluid Systems. Cambridge University Press, Dritte Auflage, 2009; Mersmann, A.: Stoffübertragung. Springer-Verlag, 1986.