Bachelor in Mechanical Engineering Fokus: Energy, flows and processes · PDF...

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Bachelor in Mechanical Engineering

Fokus:

„Energy, flows and processes“

Christoph Müller

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Involvierte Professoren

:

Reza Abhari, Kostas Boulouchos, Patrick Jenny, Ilya Karlin, Marco Mazzotti, Christoph Müller, Nicholas Noiray, David Norris,

Hyung Gyu Park, Dimos Poulikakos, Horst-Michael Prasser, Sotiris Pratsinis, Thomas Rösgen, Philipp Rudolf von Rohr,

Giovanni Sansavini, Aldo Steinfeld 18.04.2016 2 Christoph Müller

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Beispiel: Windenergie

Berechnungsmethoden der Energie- und

Verfahrenstechnik

-> Strömungssimulation

Experimentelle Methoden für

Ingenieursanwendungen

-> Strömungsmessung

Numerische Mathematik, Turbulent Flows

Beispiel: Windenergie

Christoph Müller 3 18.04.2016

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Beispiel: Verbrennungskraftwerk

Verbrennung und chemisch reaktive Prozesse in der Energie-

und Materialtechnik

Wärmeaustausch: Gestaltung und

Optimierung

Einführung in die Verfahrenstechnik, Introduction into Chemical Engineering,

Thermodynamics of Novel Energy Conversion Technologies

Energy Systems and Power

Engineering

Beispiel: Verbrennungskraftwerk


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Ziele der Fokus-Ausbildung: „energy, flows and processes“

Breite Ausbildung

Theoretische und experimentelle Grundlagen zur Lösung von

Problemen in der Energie, Material- und Verfahrenstechnik


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Grossindustrie : Nestlé, Alstom, ABB, Siemens, Roche, Novartis, DSM, Bühler, Sulzer,

Syngenta, Sika, Lonza, Holcim, Migros

Mittelständische Betriebe, spin off‘s, Planungsbüros,….

Bereich Risiko und Sicherheit: Versicherungen

Befähigung für wen, was? : „Energy, flows and processes“

Christoph Müller 18.04.2016 6

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Koordinator: Prof. Christoph Müller, Email: [email protected]

Aufgaben Koordinator:

Information an Studierende

Ansprechpartner für Studierende

Mobilität: Festlegung Lehrveranstaltungen

Auswahl von 2/4 Kernfächern, 2/6 Wahlfächern und 1 Fach aus dem allgemeinen

MAVT Vorlesungskatalog.

Allgemeine Informationen zum Fokus

„Energy, flows and processes“


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Obligatorische Fächer (2 von 4)

5. Semester

Experimental Methods for Engineers

(151-0123-00L)

Prof. Th. Rösgen et al.

Combustion and Reactive Processes in

Energy and Materials Technology

(151-0917-00L)

Profs. K. Boulouchos und S. Pratsinis

6. Semester

Berechnungsmethoden der Energie- und

Verfahrenstechnik

(151-0208-00L)

Prof. P. Jenny

Introduction to Chemical Engineering

(151-0942-00L)

Prof. M. Mazzotti


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Wählbare Fächer (2 von 6)

18.04.2016 Christoph Müller 9

Einführung in die Verfahrenstechnik (Profs. Ph. Rudolf von Rohr und C. Müller,

151-0973-00L, HS)

Wärmeaustausch: Gestaltung und Optimierung (Prof. Ph. Rudolf von Rohr,

151-0054-00L, FS)

Mass Transfer (Prof. S. Pratsinis, 151-0917-00L, HS)

Turbulent Flows (Prof. P. Jenny, 151-0109-00L, HS)

Introduction to Quantum Mechanics for Engineers (Prof. D. Norris,

151-0966-00L, FS)

Energy Systems and Power Systems (Profs. R. Abhari und A. Steinfeld,

151-0206-00L, FS)

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Allgemeine Messtechnik: Datenerfassung, Speicherung, Auswertung, Schnittstellen, etc.

Sensorik: Messung von Geschwindigkeit, Druck, Temperatur,

physikalisch-chemischen Eigenschaften, Strömungsfelder,

Stoffzusammensetzung

Spezielle Messmethoden und – algorithmen: LIF, UV-vis, LDV, PIV, Schlieren

Beispielanwendungen in Laborpraktika

Experimental Methods for Engineers

- Prof. Rösgen et al.


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Basic equations in reactive flows; Chemical Thermodynamics; Reaction kinetics,

Fuel oxidation mechanisms;

Laminar flames (premixed and diffusion); two-phase flow/heterogeneous combustion;

turbulence and turbulent flames;

pollutant formation chemistry (nitrogen oxides, unburned organic material,

nanoparticles); applications in energy

conversion systems for heat/power generation.

Flame synthesis of materials: pigments, fillers and optical fibers.

Droplet combustion: flame spray pyrolysis (FSP).

Combustion and Reactive Processes in Energy and Materials

Processes - Prof. Boulouchos und Prof. Pratsinis


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multicomponent multiphase equilibria (chemical potential),

binary liquid-vapor equilibria,

solubility of solids in solution,

equilibrium of chemical reactions,

flash evaporation,

solid formation from solution (nucleation and growth of crystals),

ideal reactors (CSTR, batch, PFR),

heat transfer effects in ideal reactors

Introduction to Chemical Engineering

- Prof. Mazzotti


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Rekapitulation der Grundgleichungen, Formulierung, Anfangs- und Randbedingungen

Numerische Diskretisierungsverfahren: Finite-Differenzen- und Finite-Volumen-Verfahren, Methode der gewichteten Residuen, Finite Elemente Methode

Lösung der grundlegenden Gleichungstypen, Wärmeleitungs/Diffusionsgleichung

(parabolisch), Poisson-Gleichung (elliptisch) Advektionsgleichung/Wellengleichung

(hyperbolisch) Advektions- Diffusions-Gleichung

Stabilitätsanalyse, Konvergenzkriterien, Konsistenz, Fehlerabschätzung

Berechnungsmethoden der Energie- und Verfahrenstechnik

- Prof. Jenny

Voraussetzung: Numerische Mathematik im 4.Semester


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Laboratory of Combustion and Acoustics for Power


Annular

Combustor

Durox et al, C&F, 2013

Lab. chamber (40 cm diam)

Acoustic load Vibrations

Mechanical failure

Acoustic

field

Noiray et al, PRSA, 2013

Thermo-acoustic

coupling

Flame dynamics

Prof. Nicholas

Noiray

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Laboratory for Renewable Energy Carriers


quartz window

CPC

alumina insulation

porous ceria

concentrated solar radiation

ou

tle

t

O2, purge gasH2, CO

Oxygen evolution half-cycleFuel production half-cycle

cold air

Inlets

hot air

outlet

Concentrated

Solar

Radiation

CPC

RPC

Concrete

frame

ETFE foilPVC-PES foil

Receiver

BoPET mirror

foil stack

quartz window

cavity-receiver

water/gas

inlets/outlets

Zn + ½ O2

ZnO

Concentrated

Solar

Radiation

ZnO feeder

quartz window

cavity-receiver

water/gas

inlets/outlets

Zn + ½ O2

ZnO

Concentrated

Solar

Radiation

ZnO feeder

Prof. Aldo

Steinfeld

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Computations Fluid Dynamics


Experiment: Liu et al, Nature Physics 10, 515–519 (2014)

Simulation: Mazloomi, Chikatamarla, Karlin, Phys. Rev. Lett. (2015)

Experiment

Lattice Boltzmann

Prof. Ilya

Karlin

| | Christoph Müller 18.04.2016 17

Optical Materials Engineering Lab

Prof. David

Norris

Research on semiconductor

and metallic nanostructures

Colloidal Quantum Dots Plasmonic Films

Applications: Photovoltaics, Thermophotovoltaics,

Light-Emitting Devices, Lasers, Spasers . . .

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A + B

C

Kontinuierliche Reaktoren, (Gruppe Rudolf von Rohr)

Numerical simulation

Sensor Design: Plant Design:

Experimental work

Prof. Philipp

Rudolf von Rohr

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