Bachelor in Mechanical Engineering Fokus: Energy, flows and processes. Christoph Müller

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1 Bachelor in Mechanical Engineering Fokus: Energy, flows and processes Christoph Müller

2 Inhalt Einleitung Berufsbild Inhalt der Lehrveranstaltungen (Kernfächer) Beispiele aus Fokus Energy, flows & processes Christoph Müller, Fragen? Christoph Müller

3 Tutoren : 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

4 Beispiel: Windenergie Beispiel: Windenergie Berechnungsmethoden der Energie- und Verfahrenstechnik -> Strömungssimulation Experimentelle Methoden für Ingenieursanwendungen -> Strömungsmessung Numerische Mathematik, Turbulent Flows Christoph Müller

5 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

6 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

7 Befähigung für wen, was? : energy, flows and processes Grossindustrie (Umsatz > 1 Mrd CHF) : Nestlé, Alstom, ABB, Siemens, Roche, Novartis, DSM, Bühler, Sulzer, Syngenta, Sika, Lonza, Holcim, Migros Mittelständische Betriebe, spin off s, Planungsbüros,. Academia/Schulen: ETH, Universitäten, FH, Gymnasien (mit Didaktikdiplom) Bereich Risiko und Sicherheit: Versicherungen Christoph Müller

8 Allgemeine Informationen zum Fokus energy, flows and processes Koordinator: Christoph Müller, 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

9 Kernfächer (2 von 4) 5. Semester Experimental Methods for Engineers ( L) Prof. Th. Rösgen et al. Combustion and Reactive Processes in Energy and Materials Technology ( L) Profs. K. Boulouchos und S. Pratsinis 6. Semester Berechnungsmethoden der Energie- und Verfahrenstechnik ( L) Prof. P. Jenny Introduction to Chemical Engineering ( L) Prof. M. Mazzotti Christoph Müller

10 Wahlfächer (2 von 6) Einführung in die Verfahrenstechnik (Profs. Ph. Rudolf von Rohr und C. Müller, L, HS) Wärmeaustausch: Gestaltung und Optimierung (Prof. Ph. Rudolf von Rohr, L, FS) Mass Transfer (Prof. S. Pratsinis, L, HS) Turbulent Flows (Prof. P. Jenny, L, HS) Introduction to Quantum Mechanics for Engineers (Prof. D. Norris, L, FS) Energy Systems and Power Systems (Profs. R. Abhari und A. Steinfeld, L, FS) Christoph Müller

11 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 Christoph Müller

12 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). Christoph Müller

13 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 Christoph Müller

14 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-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 Christoph Müller

15 Optical Materials Engineering Lab Research on semiconductor and metallic nanostructures Prof. David Norris Colloidal Quantum Dots Plasmonic Films Applications: Photovoltaics, Thermophotovoltaics, Light-Emitting Devices, Lasers, Spasers... Christoph Müller

16 Laboratory of Combustion and Acoustics for Power Annular Combustor Prof. Nicholas Noiray Lab. chamber (40 cm diam) Durox et al, C&F, 2013 Acoustic field Flame dynamics Noiray et al, PRSA, 2013 Thermo-acoustic coupling Acoustic load Vibrations Mechanical failure Christoph Müller

17 outlet Laboratory for Renewable Energy Carriers concentrated solar radiation cold air Inlets hot air outlet RPC quartz window CPC Prof. Aldo Steinfeld Concentrated Solar Radiation porous ceria alumina insulation CPC H 2, CO O 2, purge gas PVC-PES foil Concrete frame ETFE foil Oxygen evolution half-cycle Fuel production half-cycle ZnO feeder water/gas inlets/outlets Receiver cavity-receiver quartz window ZnO Zn + ½ O 2 BoPET mirror foil stack Concentrated Solar Radiation Christoph Müller

18 Computations Fluid Dynamics Experiment Prof. Ilya Karlin Lattice Boltzmann Experiment: Liu et al, Nature Physics 10, (2014) Simulation: Mazloomi, Chikatamarla, Karlin, Phys. Rev. Lett. (2015) Christoph Müller

19 Kontinuierliche Reaktoren, (Gruppe Rudolf von Rohr) Experimental work Prof. Philipp Rudolf von Rohr C Numerical simulation A + B Plant Design: Sensor Design:

20 Fragen? Danke fürs Kommen! Christoph Müller