Reagerande transportfenomen och modellering
Reacting Transport Phenomena and Modeling

MVK015F, 9 högskolepoäng

Gäller från och med: Vårterminen 2013
Beslutad av: FN3/Per Tunestål
Datum för fastställande: 2013-02-11

Allmänna uppgifter

Avdelning: Inst för energivetenskaper
Kurstyp: Ren forskarutbildningskurs
Undervisningsspråk: Engelska

Syfte

Kursen syftar till att förse doktoranden med djupare kunskap och förbättrad förståelse för sammanlänkade multifysikaliska transportprocesser. Exempel på applikationer är fluidströmning med transport av värme, massa och elektrisk laddning som förekommer i multifuntionella komponenter relevanta för gröna energisystem. Kursen kommer även att ge doktoranden bättre insikt i modellerings- och simuleringsmetoder som appliceras i analysen av transportfenomen vid olika längds- och tidsskalor. Den teoretiska kunskap som doktoranden erhåller under kursen ska kunna användas till att modellera relevanta transportprocesser i energisystem så som bränsleceller, reformatorer och redoxflödesbatterier.

Mål

Kunskap och förståelse

För godkänd kurs skall doktoranden

• • Applicera kunnande inom termodynamik, elektrokemi, värmeöverföring och strömningslära till förståelse av transportfenomen sammanlänkade genom kemiska reaktioner.
• • Ha tillgodosett sig god förståelse för de utmaningar som finns för de viktigaste komponenterna involverade i multifysikaliska transportprocesser samt förstå hur dessa påverkar energisystemets övergripande prestanda.
• • Kunna identifiera, formulera och applicera relevanta modeller för transportfenomen vid specifika längd- och tidskalor som relaterar till de funtionella materialen och komponenterna.
• • Kunna använda tekniker så som moderna simuleringsverktyg för förståelse och analys av transportprocesser i innovativa energisystem.

Färdighet och förmåga

För godkänd kurs skall doktoranden

• • Förstå, formulera och jämföra multifysikalsika transportprocesser samt effekterna av kemiska och elektrokemiska reaktioner som är relevanta för bränsleceller, redoxflödesbatterier samt reformatorer.
• • Förstå hur katalytiska material och dessa materials strukturer påverkar de funktionella komponenterna, både i lokalt och globalt avseende.
• • Applicera och jämföra mikroskopiska och makroskopiska modeller och numeriska metoder för att öka förståelsen av sammanlänkade transportprocesser och reaktioner i förnyelsebara energisystem samt komponenter.

Värderingsförmåga och förhållningssätt

För godkänd kurs skall doktoranden

• • Kunna delta aktivt i diskussioner som gäller frågor och problem relaterade till reagerande transportfenomen.
• • Kunna presentera modeller och simuleringsmetoder för temperatur, koncentrationsgradienter av massa och laddning, tryck, strömtäthet etc. såväl muntligt som skriftligt.

Kursinnehåll

Introduktion: Principerna (bränsleceller, redoxflödesbatterier, reformatorer); historia, typer av system, olika komponenter; termodynamik samt elektrokemi. Katalytiska material och funtionella komponenter: krav, materialfrågor, förberedelse och behandlingstekniker,topologiska strukturer och funktioner. Transportfenomen: flerfasigt fluidflöde i öppna kanaler och porösa material; värmeöverföring i form av konduktion, konvektion och termisk strålning; transport av fluider som genomgår kemiska reaktioner i både öppna kanaler och porösa material; transport av laddning i de funktionella regionerna; fasövergång för vatten. Katalytiska reaktioner: Elektrokemiska redox-reaktioner och reformeringsreaktioner för kolväten i form av ångreformering av kolmonoxid och torra reformeringsreaktioner. Mikroskopiska metoder för modellering och simulering: Molykelär dynamik (MD) täthetsfunktionalteori (DFT) och partikel-baserade metoder så som grovkornig molekylärdynamik (CGMD) dissipativ partikeldynamik (DPD), utslätad partikeldynamik (SPH). Mesoskaliga modellerings- och simuleringsmetoder: Montecarlo (MC) och Lattice-Boltzmann metoder (LBM). Metoder för makroskopisk modellering och simulering: datorbaserade strömningsberäkningar (CFD) och parameteranalys för homogena system, etc.

Kurslitteratur

Kurslitteraturen utgörs av utdrag ur den internationella litteraturen, kompendiematerial.

Kursens undervisningsformer

Undervisningsformer: Föreläsningar, seminarier, projekt, litteraturkurs som självstudier. Kursen ges i form av seminarier, egen läsning av relevant litteratur, hemuppgifter och ett projekt. Exemplen och hemuppgifterna syftar till att hjälpa doktoranden med att applicera teorierna på modellering av transportprocesser. Projektarbetet syftar till fördjupning inom ett specifikt ämne kopplat till kursinnehållet, bör vara analysernade och öka doktorandens förståelse för modellering av muultifysikaliska transportfenomen.

Kursens examination

Examinationsformer: Muntlig tentamen, skriftlig rapport, seminarieföredrag av deltagarna. Examen kommer att vara 30 minuter individuell muntlig examination kopplad till de ämnen som avhandlas under kursen. Det slutgiltiga betyget kommer att baseras på de poäng som ackumulerats från hemuppgifter, projektarbete och muntlig tentamen. Maximal poäng från de olika delmomenten är: Framstegsrapport för projektarbete, 10p; slutgiltig rapport för projektarbetet 45p; muntlig examination 20p; muntlig presentation av projektarbete 15p.
Betygsskala: Underkänd, godkänd
Examinator:

Antagningsuppgifter

Förutsatta förkunskaper: Värme- och massöverföring MVK160

Kurstillfällesinformation

Kontaktinformation och övrigt

Kursansvariga: