Energy, flows and processes - D-MAVT

Bachelor in Mechanical Engineering
Fokus:
„Energy, flows and processes“
Christoph Müller
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Involvierte Professoren
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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
Christoph Müller
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18.04.2016
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Beispiel: Windenergie
Beispiel: Windenergie
Berechnungsmethoden der Energie- und
Verfahrenstechnik
-> Strömungssimulation
Experimentelle Methoden für
Ingenieursanwendungen
-> Strömungsmessung
Numerische Mathematik, Turbulent Flows
Christoph Müller
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18.04.2016
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Beispiel: Verbrennungskraftwerk
Beispiel: Verbrennungskraftwerk
Verbrennung und chemisch reaktive Prozesse in der Energieund Materialtechnik
Wärmeaustausch: Gestaltung und
Optimierung
Energy Systems and Power
Engineering
Einführung in die Verfahrenstechnik, Introduction into Chemical Engineering,
Thermodynamics of Novel Energy Conversion Technologies
Christoph Müller
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18.04.2016
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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
Christoph Müller
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Befähigung für wen, was? : „Energy, flows and processes“
 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
Christoph Müller
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Allgemeine Informationen zum Fokus
„Energy, flows and processes“
 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.
Christoph Müller
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Obligatorische Fächer (2 von 4)
5. Semester
 Experimental Methods for Engineers
(151-0123-00L)
Prof. Th. Rösgen et al.
6. Semester
 Berechnungsmethoden der Energie- und
Verfahrenstechnik
(151-0208-00L)
Prof. P. Jenny
 Combustion and Reactive Processes in
Energy and Materials Technology
(151-0917-00L)
Profs. K. Boulouchos und S. Pratsinis
 Introduction to Chemical Engineering
(151-0942-00L)
Prof. M. Mazzotti
Christoph Müller
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Wählbare Fächer (2 von 6)
 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)
Christoph Müller
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Experimental Methods for Engineers
- Prof. Rösgen et al.
 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
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Combustion and Reactive Processes in Energy and Materials
Processes
- Prof. Boulouchos und Prof. Pratsinis
 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).
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Introduction to Chemical Engineering
- Prof. Mazzotti
 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
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Berechnungsmethoden der Energie- und Verfahrenstechnik
- Prof. Jenny
Voraussetzung: Numerische Mathematik im 4.Semester
 Rekapitulation der Grundgleichungen, Formulierung, Anfangs- und Randbedingungen
 Numerische Diskretisierungsverfahren: Finite-Differenzen- und Finite-VolumenVerfahren, 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
Christoph Müller
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Laboratory of Combustion and Acoustics for Power
Prof. Nicholas
Noiray
Annular
Combustor
Lab. chamber (40 cm diam)
Durox et al, C&F, 2013
Acoustic
field
Noiray et al, PRSA, 2013
Flame dynamics
Thermo-acoustic
coupling
Acoustic load  Vibrations
 Mechanical failure
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Laboratory for Renewable Energy Carriers
concentrated solar radiation
cold air
Inlets
quartz window
RPC
hot air
outlet
CPC
Concentrated
Solar
Radiation
Prof. Aldo
Steinfeld
outlet
porous ceria
alumina insulation
CPC
H2, CO O2, purge gas
PVC-PES foil
Oxygen evolution half-cycle
Fuel production half-cycle
ETFE foil
Concrete
frame
ZnO feeder
water/gas
inlets/outlets
ZnO
Receiver
cavity-receiver
Zn + ½ O2
quartz window
BoPET mirror
foil stack
Concentrated
Solar
Radiation
Christoph Müller
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18.04.2016
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Computations Fluid Dynamics
Prof. Ilya
Karlin
Experiment
Lattice Boltzmann
Experiment: Liu et al, Nature Physics 10, 515–519 (2014)
Simulation: Mazloomi, Chikatamarla, Karlin, Phys. Rev. Lett. (2015)
Christoph Müller
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18.04.2016
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Optical Materials Engineering Lab
Research on semiconductor
and metallic nanostructures
Prof. David
Norris
Colloidal Quantum Dots
Applications:
Plasmonic Films
Photovoltaics, Thermophotovoltaics,
Light-Emitting Devices, Lasers, Spasers . . .
Christoph Müller
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18.04.2016
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Kontinuierliche Reaktoren, (Gruppe Rudolf von Rohr)
Experimental work
Prof. Philipp
Rudolf von Rohr
C
Numerical simulation
Plant Design:
Sensor Design:
A+B
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