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Hans-Joachim Kretzschmar25 Jahre Technische Thermodynamik

an der Hochschule Zittau/Grlitz

FAKULTT MASCHINENWESEN

2

Abschlussvorlesung

25 Jahre Technische Thermodynamik an der Hochschule Zittau/Grlitz (1993 2018)

Hans- Joachim Kretzschmar

Inhalt1 Lehre

2 Forschung und Technologietransfer

3 Akademische Selbstverwaltung

4 Schlussfolgerungen

Gruwort des RektorsMagnifizenz Prof. Dr. phil. Friedrich Albrecht

FAKULTT MASCHINENWESEN

3

Lehre am Fachgebiet Technische Thermodynamik

Lehrfcher

Stunden pro Woche in einem Semester

Technische Thermodynamik I Energielehre 4 SWS

Technische Thermodynamik II Wrmebertragung 4 SWS

Technische Thermodynamik III Prozessthermodynamik 6 SWSund Stoffbertragung

Stoffdatenermittlung in der Energietechnik 4 SWS

Technische Thermodynamik fr die Studiengnge- Versorgungs- und Entsorgungstechnik 8 SWS - kologie und Umweltschutz 3 SWS- Wirtschaftsingenieurwesen 3 SWS- Chemie 3 SWS

Kltetechnik und Wrmepumpen 4 SWS

FAKULTT MASCHINENWESEN

4

Lehre

Lehrlabor Technische Thermodynamik

Versuchsstnde: I. Hauptsatz der Thermodynamik II. Hauptsatz der Thermodynamik Prozesse mit feuchter Luft Zustandsverhalten am kritischen Punkt (SF6) Konvektiver Wrmebergang Wrmebertrager Kreisprozessberechnung mit EBSILON

Laborleiter: Dr.-Ing. S. Herrmann (Fr. Dr.-Ing. I. Stcker bis 2015)

5

Lehre

Organisation der Lehrveranstaltungen in der Schsischen Lernplattform OPAL

FAKULTT MASCHINENWESEN

6

Lehre

Erarbeitete Lehrunterlagen

Stoffwertsammlung Formelsammlung Aufgabensammlung Fragensammlung

7

Lehre

Ausgewhlte, am Fachgebiet Technische Thermodynamik erarbeitete Zustandsdiagramme fr Studierende

Mollier h,s-Diagramm fr Wasserdampf

T,s-Diagramm fr Wasser und Wasserdampf

8

Lehre

Ausgewhlte Zustandsdiagramme fr Studierende

Mollier h,x-Diagramm fr feuchte Luft

h, -Diagramm fr Ammoniak/Wasser-Gemische

9

Lehre

Mollier h,s-Diagramm fr Wasserdampf im A2-Format

T,s-Diagramm fr Wasser und Wasserdampf im A2-Format

Ausgewhlte Zustandsdiagramme fr Studierende

10

Lehre

Entwickelte Stoffwert-Berechnungssoftware fr Studierende

Stoffwert-Berechnung auf iPhone, iPad, Android Phones und Tablets

Stoffwert-Berechnung auf TaschenrechnernFluidCasio FluidHP

FX 9750CFX 9850CFX 9860ALGEBRA FX 2.0

HP 48HP 49

TI 83, TI 84, TI 98TI Voyage 200TI 92TI Nspire

FluidTI

Ca. 3.500 Downloads pro Jahr weltweit, da Verwies auf Webseite der International Association for the Properties of Water and Steam (IAPWS)

11

LehreEntwickelte Stoffwert-Berechnungssoftware fr Studierende

Stoffwert-Berechnung in Excel

Auswahl der Stoffwertbibliothek und der Funktion

Men fr die Eingabe der gegebenen Stoffwerte

Darstellung der berechneten Werte in Zustandsdiagrammen

Stoffwert-Berechnung in Mathcad

Funktionsaufruf von FluidMAT

Stoffwert-Berechnung in MATLAB

Funktionsaufruf von FluidLAB

Ca. 1.500 Downloads pro Jahr weltweit, da Verweis auf Webseite der IAPWS

12

Lehre

Fluid Property CalculatorOnline Stoffwert-Berechnung auf www.thermodynamik-zittau.de

Stoffdaten der folgenden Stoffe sind abrufbar: Wasser und Wasserdampf Feuchte Luft Verbrennungsgasgemische Meerwasser Ammoniak Isobutan n-Butan Ethanol Kltemittel R134a Ammoniak/Wasser-Gemische Wasser/Lithiumbromid-

Gemische

Im vergangenen Jahr:56.000 Besucher weltweit

E-Learning als Ergnzung

E-Learning-System Thermopr@cticezur internetgesttzten Berechnung von

bungsaufgaben der Thermodynamik mit Mathcad

Arbeitsplatz fr das Berechnen derbungsaufgaben mit Thermopr@ctice

Arbeitsplatz fr das Berechnen der bungsaufgaben "von Hand"

13

14

Lsen der Aufgabe mit MathcadQ*12

1 2

m* t1 t2

geg: m* kghr

m* ges:: Q*12

t1 10C

t2 60C

Lsung:

Q*12 Pt_st_12 W*diss12 m* h2 h1 12 c22 c1

2 g z2 z1

Q*12 Pt_st_12 W*diss12

Q*12 m* h2 h1 m* h1 42.021kJkg

T2t2C

273.15

K

h2 h_ptx_97 1T2K

0

kJkg

h2 1546.749kJkg

Q*12 m* h2 h1 m*

Q*12 33.694kW

E-Learning als Ergnzung

Nutzung des eLearning-Systems Thermopr@ctice

Stoffwertsammlung im Internet

Absenden der Ergebnisse ber Internet

Stoffwertprogramme

Auswhlen der Aufgabe im Internet

Thermopr@ctice beinhaltet 140 Aufgaben.

Formelsammlung im InternetStationre Energiebilanz beim offenen System

Instationre Energiebilanz:Q* W*st H*st_zu H*st_ab dUd

Stationre Energiebilanz vom Eintritt bis Austritt :

Q*12 Pt_st_12 W*diss12 H*st_2 H*st_1

Sonderfall:Ein Eintritt und ein Austritt (m* = m*1 = m*2) - stationrer Flieprozess

Q*12 Pt_st_12 W*diss12 m* h2 h1 12 c22 c1

2 g z2 z1

Umfang: 230 Aufgaben der Lehrfcher Technische Thermodynamik I, II, III und Kltetechnik und Wrmepumpen

15

E-Learning als Ergnzung

Nutzung des Programms EBSILON von STEAG bei der Berechnung von Kreisprozessen im Fach Technische Thermodynamik III

Dampferzeuger (5),Dampfturbine (6)

Kondensator (7)

Generator (11)Motor (29)

Pumpe (8)

Feuerraum (21)

Anfangspunkt der Rohrleitung

Endpunkt der Rohrleitung

Austritt aus der Komponente(schwarz)

Eintritt in eineKomponente(wei)

Aufbau des Kreis-prozesses auf dem Bild-schirm

Elemente des Kreisprozesses zum Aufbau auf dem BildschirmLeitungsanschlsse

ausgewhlter Bauteile

Verbindungsleitungen

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E-Learning als Ergnzung

Im Praktikum erarbeiteter einfacher Kraftwerks-Kreisprozess mit EBSILON

Kreisprozessarbeitsleistungberfhrung erfolgte an: BTU Cottbus HS Dsseldorf HS Krefeld TH Nrnberg

Vorbereitung fr das sptere Lehrfach Simulation energietechnischer Anlagen

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E-Assessment

thermoE und thermoACTIVEE-Selbstlernsysteme und E-Leistungskontrollen fr das

Fach Technische ThermodynamikGemeinschaftsprojekte mit den Lehrsthlen fr Technische Thermodynamik

der TU Dresden, Fr. Prof. Breitkopf und der Bergakademie Freiberg, Hr. Prof. Fieback

Beispielaufgabe

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Lsung der Aufgabe und Eingabe des LsungswegesSchritt 1: Lsung der Aufgaben von Hand bzw. mit Thermopr@ctice

Schritt 2: Abfrage von Lsungsschritten, Zwischen- und Endergebnissen in ONYX

19

Distance Learning

Vorlesungsaufzeichnungen ThermoLive mit MAGMA in OPAL

LehrfcherThermodynamik I

EnergielehreThermodynamik II

WrmebertragungThermodynamik III

Prozessthermodynamikund Stoffbertragung

Kltetechnik und Wrmepumpen

Umfang: 60 Vorlesungen zumMitschreiben

ErwarteteEffekte

Effekte der E-Learning-Bestandteile fr das Studium Selbstndiges Abarbeiten von bungsaufgaben und bungsfragen in

individuellen Varianten und mit individuellen Werten

Bearbeitung von Aufgaben ber Internet am PC entsprichtdem Interesse der Studierenden

Bearbeitung in bungen und zu Hause

Kennenlernen eines Computer-Algebrasystems, z. B. Mathcad und Nutzung vonmodernen Hilfsmitteln, wie Stoffwert-Programmbibliotheken

Aktives und selbstndiges Lernen

Erhhung der Attraktivitt des Lernens Nutzung der Kompetenzen fr digitale Medien der Studierenden

Nutzung des heimischen PCs fr Lernzwecke

Heranfhrung an moderne Arbeitsweisen des Ingenieurs

20

Ergebnisse der Lehre8,2 % der Studierenden haben in den vergangenen 5 Jahren die 1. Prfungsklausuren

in den Fchern Technische Thermodynamik I, II, III nicht bestanden,7,0 % der Frauen und 14,1 % der auslndischen Studierenden

FAKULTT MASCHINENWESEN

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Forschung und Technologietransfer

ArbeitsgebietBerechnung der thermodynamischen Stoffdaten von Arbeitsfluiden

der Energietechnik

2 Aufgabenstellungen

Entwicklung von Stoffwert-Berechnungsalgorithmen

Bereitstellung von Stoffwert-Berechnungsbibliotheken als

Software fr die Industrie

Forschung Technologietransfer

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Wrmeschaltbild-Berechnungen Numerische Strmungssimulationen (CFD)

Strmung durch eine TurbinenStufengruppe in ANSYS-CFX500 MW Kohlekraftwerk in EBSILON Professional

Auslegung, Optimierung und Prozessfhrung von Anlagen der Energietechnik

Auslegung und Optimierung von durchstrmten Bauteilen, z. B. Turbinen

Masse-, Impuls-, Energie- und Entropiebilanzen werden als Gleichungssysteme formuliert

Prozesssimulationen

Problemstellungen der Energietechnik

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Besondere Anforderungen an die Berechnung der Stoffdaten

Arbeitsfluide: Wasserdampf und Wasser Verbrennungsgasgemische Brenngase, Erdgas Feuchte Luft Kltemittel Kohlendioxid Wasserstoff

.

.

Stoffwert-Funktionen mssen sehr genau sein! Stoffwert-Funktionen mssen mglichst geringe Rechenzeiten

bentigen! Die Umkehrfunktionen mssen eine hohe numerische Konsistenz

besitzen! z. B. Funktion T(p,h) muss zur Funktion h(p,T) passen.

In diesen Prozesssimulationen mssen die thermodynamischen Stoffdaten der verwendeten Arbeitsfluide berechnet werden

Stoffdaten: Thermodynamische Zustandsgren Temperatur, Druck, Dichte Innere Energie, Enthalpie,

Wrmekapazitten, Isentropenexponent,