13473 - Physikalisch basierte Modellbildung und Dimensionsanalyse Modulübersicht

Modulnummer: 13473
Modultitel:Physikalisch basierte Modellbildung und Dimensionsanalyse
  Physics-based modelling and dimensional analysis
Einrichtung: Fakultät 3 - Maschinenbau, Elektro- und Energiesysteme
Verantwortlich:
  • Prof. Dr.-Ing. Riebel, Ulrich
Lehr- und Prüfungssprache:Deutsch
Dauer:1 Semester
Angebotsturnus: jedes Sommersemester
Leistungspunkte: 6
Lernziele:Anwendung der Dimensionsanalyse zur reduzierten Darstellung von Problemen, zum Scale-up bzw. Scale-down.
Verschiedene Ansätze zur Modellbildung kennen und kreativ zur Problemlösung einsetzen können.
Inhalte:Die physikalisch basierte Modellbildung verfolgt das Ziel, komplexe physikalische oder technische Vorgänge so stark vereinfacht darzustellen und in die Sprache der Mathematik zu übersetzen, dass anschließend quantitative Berechnungen (analytisch oder numerisch) möglich werden. Gleichzeitig sollen die wesentlichen Aspekte der Realität noch ausreichend gut abgebildet werden.
Die Dimensionsanalyse ist dabei ein wichtiges Hilfsmittel. Die Dimensionsanalyse wird zunächst anhand eher einfacher Beispiele aus der Schulbuchphysik erläutert und dann auf komplexere Probleme aus der Verfah­rens- und Energietechnik angewendet.
Die Vorgehensweisen bei der Modellbildung werden zunächst anhand einiger „Klassiker“ aus der Physik (u. a. kinet. Gastheorie, Partikel-Welle-Dualismus) eingeführt.
Anschließend werden Fallstudien aus den Bereichen der Phasengrenzflächen, sowie des Transports von Impuls, Wärmeenergie, elektrischem Strom und Strahlungen in Mehrphasensystemen analysiert und diskutiert. Beispiele sind unter anderem die Oberflächenspannung, die Kelvin-Gleichung, die Viskosität und Schallgeschwindigkeit von Suspensionen, der Wärmetransport in Schüttungen und Wirbelschichten sowie radiometrische Messverfahren für die Zusammensetzung von Mehrphasensystemen.
Empfohlene Voraussetzungen:Gute Grundkenntnisse in Mathematik, Physik und Strömungslehre
Zwingende Voraussetzungen:keine
Lehrformen und Arbeitsumfang:
  • Vorlesung / 4 SWS
  • Seminar / 2 SWS
  • Selbststudium / 90 Stunden
Unterrichtsmaterialien und Literaturhinweise:
  • M. Livio: Ist Gott ein Mathematiker? dtv 2014
  • M.Zlokarnik: Scale-Up. Maßstabsübertragung in der Verfahrenstechnik. 2. Aufl. Wiley-VCH 2005
  • H. Herwig: Dimensionsanalyse in Strömungen. Springer 2017
Weitere Materialien werden während der VL ausgegeben.
Modulprüfung:Modulabschlussprüfung (MAP)
Prüfungsleistung/en für Modulprüfung:
  • mündliche (30 min.) ODER schriftliche (90 min.) Prüfung
Die Prüfungsform (mündlich/schriftlich) wird bei Vorlesungsbeginn abhängig von der Teilnehmerzahl festgelegt.
Bewertung der Modulprüfung:Prüfungsleistung - benotet
Teilnehmerbeschränkung:keine
Zuordnung zu Studiengängen:
  • Master (universitär) / Maschinenbau / PO 2023
  • Master (universitär) - verringerte Fachsemester / Maschinenbau / PO 2023
  • Master - Duales Studium, praxisintegrierend / Maschinenbau - dual / PO 2023
Bemerkungen:
Veranstaltungen zum Modul:-
Veranstaltungen im aktuellen Semester: