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Bachelor in Mechanical Engineering Fokus:

„Energy, flows and processes“Christoph Müller

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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

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Beispiel: Windenergie

Berechnungsmethoden der Energie- und Verfahrenstechnik-> Strömungssimulation

Experimentelle Methoden für Ingenieursanwendungen-> Strömungsmessung

Numerische Mathematik, Turbulent Flows

Beispiel: Windenergie

Christoph Müller 328.04.2020

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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

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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 528.04.2020

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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

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Koordinator: Prof. Christoph Müller, Email: muelchri@ethz.ch 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

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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

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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)

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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 . . .

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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

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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

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Danke fürs Kommen !

Fragen?

28.04.2020Christoph Müller 22

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