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Schwerpunkt Sustainable Engineering Module

Grundlagen Sustainable Engineering

Lehrveranstaltungen

a) Energie-und Strömungsprozesse (2 SWS)

b) Grundlagen LCA (1 SWS)

c) Systematische Werkstoffauswahl (2 SWS)

Inhalte

Die wesentlichen Inhalte des Moduls werden in Vorlesungen vermittelt. Neben der Wissens- und Methodenvermittlung werden in den Lehrveranstaltungen Anwendungsbeispiele behandelt. Vorlesungsbegleitend werden den Studierenden Übungsaufgaben zum Training und zur Anwendung des vermittelten Vorlesungsstoffes angeboten.

a) Energie- und Strömungsprozesse

Allgemeine Grundlagen der weiterführenden Behandlung energetischer und strömungstechnischer Prozesse, wie Exergie-Grundlagen, chem. Thermodynamik, Mehrdimensionale Strömungen, Ähnlichkeitstheorie

b) Grundlagen LCA

Allgemeine Grundlagen von LCA/Ökobilanzen, die sowohl im Rahmen energetischer und strömungstechnischer Prozesse als auch im Rahmen der Werkstoffauswahl benötigt werden. Übersicht über Umwelteinflüsse und Nachhaltigkeitsmetriken. Aufbau und Elemente von Ökobilanz (LCA), Product Carbon Footprint (PCF), Corporate Carbon Footprint (CCF). Interpretation der Ergebnisse von Ökobilanzen.

c) Systematische Werkstoffauswahl

Ausgewählte Methoden / Herangehensweisen der Werkstoffauswahl mit Beispielen auf Basis von Materialindices und Werkstoffeigenschaftsschaubilder. Berücksichtigung von verschiedenen Faktoren bei der Werkstoffauswahl und lösen von Zielkonflikten.

Betriebsfestigkeit und Strukturoptimierung

Lehrveranstaltungen

a) Betriebsfestigkeit (2 SWS)

b) Strukturoptimierung (2 SWS)

c) Betriebsfestigkeit und Strukturoptimierung (! SWS)

Inhalte

a) Vorlesung „Betriebsfestigkeit“:

  • Auswertung von Versuchsergebnissen im Zeit- und Dauerfestigkeitsbereich
  • Konzepte zur rechnerischen Lebensdauerabschätzung
  • Zyklisches Werkstoffverhalten
  • Kerbdehnungskonzept
  • Einführung in die linear-elastische Bruchmechanik
  • Rissfortschritt

b) Vorlesung „Strukturoptimierung“:

  • Grundlagen der Festigkeitslehre
  • Stoffleichtbau
  • Formleichtbau

c) Labor „Betriebsfestigkeit und Strukturoptimierung“:

  • Grundlagen der experimentellen Bauteilanalyse
  • Experimentelle und rechnerische Analyse einer Kerbscheibe unter wiederholter Belastung
  • Anwendung eines kommerziellen Lebensdauerberechnungsprogramms
  • Iterative Optimierung eines Bauteils mittels eines kommerziellen Finite Elemente Programms
  • Einführung in das open-source Computeralgebrasystem Maxima
  • Symbolische und numerische Berechnung mittels Maxima

Energiewandlung und -speicherung

Lehrveranstaltungen

a) Regenerative Energieträger (2 SWS)

b) Brennstoffzellensysteme (2 SWS)

c) Wasserstoff-Brennstoffzellen-Labor (1 SWS)

Inhalte

a) Regenerative Energieträger

Die Studierenden sollen in die Lage versetzt werden, Energiespeicherprozesse von Mehrstoffsystemen, Wirkungsgrade, Verluste und reale Prozesse zu beschreiben und zu analysieren. Das Modul vermittelt die Grundlagen der stofflichen Energiewandler und Speicher sowie deren Konstruktionsmerkmale. Im Besonderen werden die Grundlagen der Wasserstofftechnik, u.a. der Wasserstoff-Erzeugung und Speicherung mit den entsprechenden Sicherheitsaspekten vermittelt.

b) Brennstoffzellensysteme

Die Studierenden sollen in die Lage versetzt werden, den technischen Aufbau, deren Baugruppen und Funktionsweise, sowie Wirkungsgrade, Verluste bis hin zu realen Systemschaltungen zu beschreiben und zu analysieren. Das Modul vermittelt die Grundlagen der Brennstoffzellensysteme und dessen Konstruktionsmerkmale. Weiterhin werden der Grundlagen von reversiblen Systemen bzw. Elektrolyse-Konzepten incl. deren Peripherie-Baugruppen vermittelt.

c) H2-Brennstoffzellen-Labor

Die wesentlichen Inhalte des Moduls werden in Vorlesungen und Laborübungen vermittelt. Neben der Wissens- und Methodenvermittlung werden in den Lehrveranstaltungen Anwendungsbeispiele behandelt. Vorlesungsbegleitend werden den Studierenden Übungsaufgaben zum Training und zur Anwendung des ver­mittelten Vorlesungsstoffes angeboten.

Renewable Energy Conversion

Courses

a) Renewable Energy Systems (2 SWS)

b) Turbo Machines (2 SWS)

c) Renewables Lab (1 SWS)

Contents

a) Renewable Energy Systems
Fundamental overview of the description and calculation of renewable energy sources like solar energy, wind energy, hydro power, geothermal energy, bio-fuels and biomass.

b) Turbo Machines
Overview of different turbo machines: axial flow and radial flow, fans, compressors, pumps, gas turbines, steam turbines, water turbines wind energy converters, conservation laws in turbo machines, dimensionless numbers and laws of similarity of turbo machines, analysis of turbomachinery stages, indicators and parameters of turbomachinery stages

c) Renewables Lab
Using and enhancing the knowledge acquired in the lectures by performing experiments in the fields of renewable energy systems and turbo machines.

Technologiedemonstrator Windkraftanlage (WKA)

Lehrveranstaltungen

a) CFD & Strömung der WKA (3 SWS)

b) Lebensdaueranalyse (1 SWS)

c) Werkstoffe der WKA (1 SWS)

Inhalte

a) CFD & Strömung der WKA

Grundlagen der Strömungssimulation (CFD), Erhaltungsgleichungen, numerische Darstellung und Lösung des Gleichungssystems, Gittergenerierung, Turbulenzmodellierung, Anfangs- und Randbedingungen, Durchführung und Auswertung von Strömungssimulationen anhand einer WKA

b) Lebensdaueranalyse / FEM-Simulation der WKA

Grundlagen der Struktursimulation (FEM), kontinuumsmechanische Grundgleichungen, numerische Darstellung und Lösung des Gleichungssystems, Netzgenerierung, Stoffgesetze, Anfangs- und Randbedingungen

c) Werkstoffe der WKA

Analyse der Beanspruchung und ableiten der geeigneten Werkstoffen und Prozess für die einzelnen Komponenten von Windkraftanalgen.

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