Mathcad-Bibliotheken für thermodynamische.

Transkript

1 Kretzschmar, H.-J.; Stöcker, I.; Kunick, M.; Jähne, I.: Fachgebiet Technische h Thermodynamik Fakultät Maschinenwesen Mathcad-Bibliotheken für thermodynamische Stoffdaten und das E-Learning System Thermopr@ctice de SAXSIM 2010, Chemnitz, 26. April 2010

2 Gliederung Mathcad-Bibliotheken für thermodynamische Stoffdaten und das E-Learning System Gliederung 1 E-Learning System Thermopr@ctice Didaktisches Konzept Organisation der Lernumgebung über Internet Nutzung von Mathcad zur Berechnung der Übungsaufgaben Einsatz in Lehrveranstaltungen Anwendungshorizont 2 Stoffwert-Bibliotheken für Mathcad Berechnung von thermodynamischen Stoffdaten für Arbeitsfluide der Energietechnik Ankopplung von Stoffwert-Bibliotheken an Mathcad Komfortabler Aufruf der Stoffwert-Funktionen in Mathcad Nutzung in der Industrie Programmversionen für Studierende

3 E-Learning System Teil 1 E-Learning System Thermopr@ctice zur Berechnung von Übungsaufgaben mit Mathcad

4 E-Learning System Interaktives Lernsystem System zur selbständigen Berechnung von Übungsaufgaben mit Computer-Algebrasystem E ä V l Ergänzung zur Vorlesung Technische Thermodynamik

5 Ausgangssituation PC mit Stoffwertprogrammen für Excel Vorlesungsmitschrift Stoffwertsammlungen Formelsammlung Aufgabensammlung Arbeitsblatt und Schreibgeräte Taschenrechner mit Stoffwertprogrammen Berechnung der Übungsaufgaben "von Hand" auf Arbeitsblatt

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7 Didaktisches Konzept Auswahl und Transfer einer Aufgabe aus Aufgabensammlung Konzept Arbeitsbildschirm des Formeln aus Computer-Algebrasystems Formelsammlung Stoffdaten aus Stoffwertsammlung Berechnen von Stoffdaten mit Stoffwertprogrammen Transfer der Ergebnisse zum Server interner Vergleich mit Datenbank Rückmeldung, Hinweise bei Fehlern Organisation der Schnittstellen durch

8 Computer-Algebrasystem Warum Mathcad? Kriterien für die Entscheidung für Mathcad Notation weitestgehend wie handschriftlich Verwendung von Maßeinheiten Ankopplungsmöglichkeiten für DLLs An Hochschule Zittau/Görlitz: Campus-Lizenz Mathcad 14

9 Technische Basis und Systemaufbau Windows Client (Lernender) "LAMP" -Server WWW-Browser Firefox oder Internet Explorer ab 5.0 Computer- Algebrasystem Mathcad Professional, ab Version 2001 (kostenfrei) on via Interne t Stoffwert- Unterprogramm- Bibliotheken Komm munikati Systemsoftware WWW-Server Apache Datenbanksystem MySQL a PHP 4-Interpreter PHP Thermopr@ctice Aufgabensammlung Formelsammlung Stoffwertsammlung Datenbank PHP-Scripte

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11 Effekte für Studium Selbständiges Abarbeiten von Übungsaufgaben in individuellen id Varianten und mit individuellen id Werten Aktives und selbständiges Lernen Bearbeitung von Aufgaben über Internet am PC entspricht dem Interesse der Studierenden Erhöhung der Attraktivität des Lernens Bearbeitung in Übungen und zu Hause Nutzung des heimischen PCs für Lernzwecke Kennenlernen eines Computer-Algebrasystems und Nutzung von modernen Hilfsmitteln, wie Stoffwert-Programmbibliotheken Heranführung an moderne Arbeitsweisen des Ingenieurs Heranführung an moderne Arbeitsweise des Ingenieurs Erwartete Effekte

12 Nutzung von in der Lehre Ablauf des Kurses Workshop mit einfachem Beispiel (2 Stunden) Installation ti von Mathcad auf heimischen i h PC Übungen in PC-Pools parallel zu herkömmlichen Übungen Berechnung der verbleibenden Aufgaben zu Hause Klausuren mit Thermopr@ctice Einsatz in der Lehre Seit Wintersemester 2002/2003 Gegenwärtig g in Lehrveranstaltungen Technische Thermodynamik und Kältetechnik für vier Studiengänge In Weiterbildung für Siemens Energy Görlitz Detaillierte Informationen in: Fischer, H.; Schwendel, J. (Hrsg.): E-Learning an sächsischen h Hochschulen. h TUDpress (2009), S ISBN

13 Anwendungshorizont Anwendung für weitere Lehrfächer, in denen die Wissensaneignung durch das Berechnen von Übungsaufgaben erfolgt: Strömungsmechanik Technische Mechanik Maschinenelemente Elektrotechnik t Mathematik Physik Investition und Finanzierung Aufruf des Lernsystems:

14 Stoffwert-Bibliotheken für Mathcad Teil 2 Stoffwert-Bibliotheken für Mathcad

15 CO 2 capture from combustion gas Stoffwert-Bibliotheken für Mathcad Energy Conversion Processes with CO 2 Capture Combustion with pure oxygen (Oxyfuel) CO 2 capture with Shift reaction (Fuel de-carbonation) Combustion in membrane reactor Boiler Gas turbine Boiler Gas turbine (Graz-cycle) Combustion gas mixture Mixture of CO 2 & H 2 O Mixture of CO 2 & H 2 O Hydrogen H 2 Combustion gas mixture Property Library Property Library Property Library Property Library Property Library LibIdGasMix LibHuGas LibHuGas LibH2 LibHuGas ρ c p Mixture of air & H 2 Humid Air Property Library Property Library LibIdGasMix LibHuAir Compressing, condensing, transport, und storage of CO 2 Property Library LibCO2

16 Stoffwert-Bibliotheken für Mathcad ORC Processes Siloxanes Refrigerants C 6 H 18 OSi 2 LibMM C 8 H 24 O 4 Si 4 LibD4 C 10 H 30 O 5 Si 5 LibD5 C 14 H 42 O 5 Si 6 LibMD4M Ammonia LibNH3 R134a Lib134a Propane LibPropane Iso-Butane LibButan_Iso n-butane LibButan_n

17 Stoffwert-Bibliotheken für Mathcad Energy Storage and Hydrogen Supply Compressed air storage Hydrogen storage and supply Humid Air at high pressures Hydrogen at high pressures Liquid hydrogen Property Library LibHuAir Ideal mixture of the real fluids dry air and steam, water or ice Property Library LibH2 Equation of state of Leachman, Jacobson, and Lemmon ρ c p ρ c p

18 Stoffwert-Bibliotheken für Mathcad Energy Conversion Processes with Working Fluid Mixtures Power stations with Mixtures of NH 3 & H 2 O (Kalina-process) Absorption refrigerators Mixtures Mixture NH 3 &H 2 O NH 3 &H 2 O H 2 O&LiB LiBr Property Library LibAmWa IAPWS Guideline of Tillner-Roth and Friend (2001) Property Library LibWaLi Mixture model of Kim and Infante Ferreira (2003)

19 Übersicht der Stoffwert-Bibliotheken Water and Steam Humid Combustion Gases Humid Air Library LibIF97 Library LibHuGas Library LibHuAir Industrial Formulation IAPWS-IF97 Ideal mixture of real fluids Library LibIDGas Ideal gas mixture (VDI-Guideline 4670) Ideal mixture of real fluids Library LibIdAir Ideal gas mixture Seawater Ideal Gas Mixtures Refrigerants Library LibSeaWa Library LibIdGasMix Ammonia Ideal mixture of ideal fluids Library LibNH3 Hydrogen Library LibH2 ORC Working Fluids R134a Siloxanes MM, D4, D5, MD4M Library LibR134a Helium Libraries LibMM, LibD4, Propane Library LibHe LibD5, LibMD4M Library LibPropan Formulations of Colonna et al. Iso-Butane Methanol Mixtures in Absorption Processes Library LibButan_Iso Library LibCH3OH Ammonia & Water n-butane Library LibAmWa Carbon Dioxide Library LibButan_n Water & Lithiumbromide Library LibCO2 Library LibWaLi

20 Stoffwert-Funktionen The following thermodynamic and transport properties can be calculated: Thermodynamic Properties Transport Properties Saturation pressure p s Dynamic viscosity η Saturation temperature T s Kinematic viscosity ν Density ρ Thermal conductivity λ Specific volume v Prandtl-numbernumber Pr Enthalpy h Internal energy u Backward Functions Entropy s T, v, s (p,h) Exergy e T, v, h (p,s) Isobaric heat capacity c p p, T, v (h,s) Isochoric heat capacity c v p, T (v,h) Isentropic exponent κ p, T (v,u) Speed of sound w Surface tension σ Thermodynamic Derivatives All partial derivatives can be calculated.

21 Nutzung der Stoffwert-Bibliotheken in Mathcad

22 Nutzung der Stoffwert-Bibliotheken in Mathcad

23 Nutzung der Stoffwert-Bibliotheken in Mathcad

24 Nutzung von FluidMAT in der Industrie Die folgenden Unternehmen nutzen FluidMAT : - Alstom Power, Baden (Schweiz) - Siemens Energy, Nürnberg, Görlitz - MAN Turbo, Oberhausen - Vattenfall Konzernlizenz europaweit - Energieversorgung Halle - Nordostschweizerische Kraftwerke (Schweiz) - DLR, Stuttgart, Hardthausen - JHK Anlagenbau Bremerhaven - M&M Turbinentechnik Bielefeld - Redacom, Nidau (Schweiz) - TechGroup, Ratingen - TechSoft, Linz (Österreich) - TÜV Nord Ensys, Hannover - UMAG Maschinen und Anlagenbau, Husum - VER Verfahrensingenieure, Dresden - Zikesch Armaturentechnik, Essen

25 Nutzung von FluidMAT durch Studierende Versionen von FluidMAT für Studierende für: Wasser und Wasserdampf Ideale Gasgemische Feuchte Luft Ammoniak Kältemittel R134a LibIF97 LibIDGAS LibFLuft LibNH3 LibR134a Download unter: Lehre Downloads für Studierende oder: Downloads im vergangenen Jahr: 588 Downloads gesamt: 1416