22
| | Bachelor in Mechanical Engineering Fokus: „Energy, flows and processes“ Christoph Müller

Bachelor in Mechanical Engineering Fokus: „Energy, flows and … · 2020. 4. 30. · Sustainable energy system and environmental impact of energy conversion and use, The electric

  • Upload
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

  • ||

    Bachelor in Mechanical Engineering Fokus:

    „Energy, flows and processes“Christoph Müller

  • ||

    Involvierte Professoren

    Reza Abhari, André Bardow, Kostas Boulouchos, Patrick Jenny, Ilya Karlin, Marco Mazzotti, Maria Lukatskaya, Christoph Müller, Nicholas Noiray, David Norris, Dimos Poulikakos, Sotiris Pratsinis, Romain Quidant, Thomas Rösgen, Giovanni

    Sansavini, Aldo Steinfeld, Mark Tibbitt

    28.04.2020 2Christoph Müller

  • ||

    Beispiel: Windenergie

    Berechnungsmethoden der Energie- und Verfahrenstechnik-> Strömungssimulation

    Experimentelle Methoden für Ingenieursanwendungen-> Strömungsmessung

    Numerische Mathematik, Turbulent Flows

    Beispiel: Windenergie

    Christoph Müller 328.04.2020

  • ||

    Beispiel: Verbrennungskraftwerk

    Verbrennung und chemisch reaktive Prozesse in der Energie-und Materialtechnik

    Mass Transfer

    Einführung in die Verfahrenstechnik

    Energy Systems and Power Engineering

    Beispiel: Verbrennungskraftwerk

    Christoph Müller 428.04.2020

    CO2 Capture and Storage and the Industry of Carbon-based resources

  • ||

    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 528.04.2020

  • ||

    Grossindustrie : Nestlé, Alstom/GE, ABB, Siemens, Roche, Novartis, DSM, Bühler, Sulzer, Syngenta, Sika, Lonza, Holcim, Migros

    Mittelständische Betriebe, Startups (z.B. Climeworks), spin off‘s, Planungsbüros,…. Bereich Risiko und Sicherheit: Versicherungen

    Befähigung für wen, was? : „Energy, flows and processes“

    Christoph Müller 28.04.2020 6

  • ||

    Koordinator: Prof. Christoph Müller, Email: [email protected] Aufgaben Koordinator:

    Information an Studierende Ansprechpartner für Studierende Mobilität: Festlegung Lehrveranstaltungen

    Auswahl von 2/4 Kernfächern, 2/7 Wahlfächern und 1 Fach aus dem allgemeinen MAVT Vorlesungskatalog.

    Allgemeine Informationen zum Fokus „Energy, flows and processes“

    Christoph Müller 28.04.2020 7

  • ||

    Kernfächer (2 von 4)

    5. Semester

    Experimental Methods for Engineers (151-0123-00L)Prof. Th. Rösgen et al.

    Combustion and Reactive Processes in Energy and Materials Technology (151-0917-00L)Profs. K. Boulouchos und N. Noiray

    6. Semester Berechnungsmethoden der Energie- und

    Verfahrenstechnik (151-0208-00L)Prof. P. Jenny und Dr. Meyer-Massetti

    Energy Systems and Power Engineering (151-0206-00L)Profs. R. Abhari and A. Steinfeld

    Christoph Müller 828.04.2020

  • ||

    Wahlfächer (2 von 7)

    28.04.2020Christoph Müller 9

    Einführung in die Verfahrenstechnik (Prof. C. Müller, 151-0973-00L, HS)

    Mass Transfer (Prof. S. Pratsinis, 151-0917-00L, HS)

    Turbulent Flows (Prof. P. Jenny, 151-0109-00L, HS)

    Thermodynamics of Novel Energy Conversion Technologies (Dr. C. Sharma, Prof. G. Sansavini,

    151-0235-00L)

    Introduction to Quantum Mechanics for Engineers (Prof. D. Norris, 151-0966-00L, FS)

    CO2 Capture and Storage and the Industry of Carbon-based resources (Prof. M. Mazzotti et al.,

    151-0928-00L, FS)

    Macromolecular Engineering: Networks and Gels (Prof. M. Tibbitt, 151-0946-00L)

  • ||

    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

    Experimental Methods for Engineers - Prof. Rösgen et al.

    Christoph Müller 28.04.2020 10

  • ||

    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).

    Combustion and Reactive Processes in Energy and Materials Processes

    - Prof. Boulouchos und Prof. Noiray

    Christoph Müller 28.04.2020 11

  • ||

    Introductory lecture course for the specialization in energy,

    Sustainable energy system and environmental impact of energy conversion and use,

    The electric power distribution system,

    Renewable energy and power,

    Cost of electricity,

    Conventional power plants and their cycles,

    Hydrogen and fuel cells

    Energy Systems and Power Engineering- Profs. Abhari and Steinfeld

    Christoph Müller 28.04.2020 12

  • ||

    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

    Berechnungsmethoden der Energie- und Verfahrenstechnik- Prof. Jenny

    Christoph Müller 28.04.2020 13

  • ||

    Laboratory of Combustion and Acoustics for Power

    Christoph Müller 28.04.2020 14

    Annular Combustor

    Durox et al, C&F, 2013Lab. chamber (40 cm diam)

    Acoustic load Vibrations Mechanical failure

    Acousticfield

    Noiray et al, PRSA, 2013

    Thermo-acoustic coupling

    Flame dynamics

    Prof. Nicholas Noiray

  • ||

    Laboratory for Renewable Energy Carriers

    Christoph Müller 1528.04.2020

    quartz window

    CPC

    alumina insulation

    porous ceria

    concentrated solar radiation

    outle

    t

    O2, purge gasH2, CO

    cold airInlets

    hot airoutlet

    Concentrated Solar

    Radiation

    CPC

    RPC

    Concrete frame

    ETFE foilPVC-PES foil

    Receiver

    BoPET mirror foil stack

    Prof. AldoSteinfeld

  • ||

    MolecularPredictionsprocess properties & environmental impacts

    Energy & Process Systems Engineering Lab

    Christoph Müller 28.04.2020 16

    Prof. AndréBardow

    From molecules to sustainable energy & processes

    Automated Experiments: Microspectroscopy + Microfluidics

    Life Cycle Assessment (LCA)environmental impacts from cradle-to-grave

    Economy-wide optimizationfrom process-level to national energy models

    Process designof energy systems & chemical processes

  • ||

    Reliability and Risk Engineering Lab

    28.04.2020Christoph Müller 17

    Prof. GiovanniSansavini

    Engineering safe energy systems in the face of energy transitions

    Physical modelling

    Uncertainty quantification

    Network connectivity

    Resilience of energy networks to cascading failures and systemic risks

    Risks in Interdependent infrastructures and Water-energy nexusDesign multi-energy systems for seasonal

    energy storage

  • ||

    Electrochemical Energy Systems Laboratory

    Prof. Maria Lukatskaya

    Electrolyte MaterialInterface

    Tuning local interactions for fast and stable energy storage and conversion

  • ||Christoph Müller 28.04.2020 19

    Optical Materials Engineering Lab

    Prof. DavidNorris

    Research on semiconductor and metallic nanostructures

    Colloidal Quantum Dots Plasmonic Films

    Applications: Photovoltaics, Thermophotovoltaics, Light-Emitting Devices, Lasers, Spasers . . .

  • ||

    Macromolecular Engineering Lab

    28.04.2020Christoph Müller 20

    MaterialsDesign

    BiologicalInterfaces

    Soft materials design with a focuson biomedical applications

    Advanced manufacturing of multicomponent biomaterials

    Injectable drug delivery systems

    Prof. MarkTibbitt

  • ||

    Computations Fluid Dynamics

    Christoph Müller 28.04.2020 21Experiment: Liu et al, Nature Physics 10, 515–519 (2014)Simulation: Mazloomi, Chikatamarla, Karlin, Phys. Rev. Lett. (2015)

    Experiment

    Lattice Boltzmann

    Prof. IlyaKarlin

  • ||

    Danke fürs Kommen !

    Fragen?

    28.04.2020Christoph Müller 22

    Bachelor in Mechanical Engineering �Fokus: �„Energy, flows and processes“Slide Number 2Beispiel: WindenergieBeispiel: VerbrennungskraftwerkZiele der Fokus-Ausbildung: „Energy, flows and processes“Befähigung für wen, was? : „Energy, flows and processes“Allgemeine Informationen zum Fokus �„Energy, flows and processes“Kernfächer (2 von 4)Wahlfächer (2 von 7)Experimental Methods for Engineers �- Prof. Rösgen et al.Combustion and Reactive Processes in Energy and Materials Processes�- Prof. Boulouchos und Prof. Noiray�Energy Systems and Power Engineering�- Profs. Abhari and SteinfeldBerechnungsmethoden der Energie- und Verfahrenstechnik�- Prof. JennyLaboratory of Combustion and Acoustics for PowerLaboratory for Renewable Energy CarriersEnergy & Process Systems Engineering LabReliability and Risk Engineering Lab�Electrochemical Energy Systems Laboratory�Slide Number 19Macromolecular Engineering Lab�Computations Fluid Dynamics�Slide Number 22