In der sogenannten klassischen Physik werden die Teilbereiche Mechanik, Akustik, Optik und Wärmelehre unterschieden. In diesen Teilbereichen sind oftmals Beobachtungen bereits mit menschlichen Sinnen möglich. Die klassische Physik wurde ab dem 17. bis zum 19. Jahrhundert von Isaac Newton stark geprägt. Im 20. Jahrhundert wurde die sogenannte moderne Physik durch die Arbeiten von Albert Einstein (Relativitätstheorie), Erwin Schrödinger und Werne Heisenberg (Quantentheorie) begründet. Mit ihren wissenschaftlichen Arbeiten haben sowohl Newton als auch Einstein die jeweils vorherrschenden Weltbilder maßgeblich beeinflusst (vgl. Grotz, 2018, S. 1).
Die Wärmelehre, genauer die thermodynamischen Systeme bilden den Rahmen dieses Assignments. Ziel dieser Arbeit ist es, das Aufheizen eines Werkstücks in einem Glühofen zu simulieren. Im Rahmen dieser Simulation wird auf die Ergebnisse und Prämissen von Scherf aus seinem Buch „Modellbildung und Simulation dynamischer Systeme“ zurückgegriffen. Hierbei erfolgt keine eigene Herleitung, vielmehr wird sie von Scherf direkt übernommen. Es gilt die Differenzialgleichungen aufzustellen sowie das zugehörige Blockschaltbild in MATLAB-Simulink® abzubilden. Mittels dieses Blockschaltbildes gilt es dann, zwei der sechs fest definierten Parameterwerte innerhalb realistischer Wertebereiche zu variieren und für die verschiedenen Wertekombinationen Simulationen durchzuführen, diese grafisch darzustellen sowie jeweils die Temperaturveränderung im Werk-stück mit der Zeit zu untersuchen. Anhand dieser Ergebnisse lassen sich Schlussfolgerungen für das möglichst schnelle bzw. für das möglichst langsame Aufheizen ziehen, welche es abschließend zu diskutieren gilt.
Nach dem einleitenden Kapitel 1 folgt in Kapitel 2 eine Annäherung an das Thema Thermodynamik sowie die thermodynamischen Systeme. Im dritten Kapitel werden die Differenzialgleichungen für den Aufheizvorgang sowie das Blockschaltbild dargestellt. Zum Ende des dritten Kapitels erfolgt die eigentliche Simulation mit der Variation der beiden ausgewählten Parameter. Im abschließenden vierten Kapitel werden die Ergebnisse der Simulation dargestellt und bewertet.
Inhaltsverzeichnis
- I. Abkürzungsverzeichnis
- II. Abbildungsverzeichnis
- 1. Einleitung
- 1.1. Zielsetzung
- 1.2. Aufbau der Arbeit
- 2. Grundlagen
- 2.1. Einführung Thermodynamik
- 2.2. Thermodynamische Systeme
- 3. Simulation des Aufheizens eines Werkstückes in einem Glühofen
- 3.1. Aufstellen der Differenzialgleichung
- 3.2. Aufbau des Blockschaltbildes
- 3.3. Simulation der Werkstücktemperatur
- 3.4.1. Veränderung der Werkstückoberfläche
- 3.4.2. Veränderung der spezifischen Wärmekapazität
- 4. Schlussfolgerung der Simulationsergebnisse
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Dieses Assignment befasst sich mit der Simulation des Aufheizens eines Werkstücks in einem Glühofen. Die Arbeit greift auf die Ergebnisse und Prämissen von Scherf aus seinem Buch „Modellbildung und Simulation dynamischer Systeme“ zurück und zielt darauf ab, die Differenzialgleichungen für den Aufheizvorgang aufzustellen und das zugehörige Blockschaltbild in MATLAB-SimulinkⓇ abzubilden. Mithilfe dieses Blockschaltbildes sollen zwei der sechs fest definierten Parameterwerte innerhalb realistischer Wertebereiche variiert und Simulationen durchgeführt werden. Die Simulationen dienen dazu, die Temperaturveränderung im Werkstück mit der Zeit zu untersuchen und Schlussfolgerungen für ein möglichst schnelles bzw. langsames Aufheizen zu ziehen.
- Thermodynamische Systeme
- Differenzialgleichungen für den Aufheizvorgang
- Simulation mit MATLAB-SimulinkⓇ
- Variation von Parametern
- Analyse der Temperaturveränderung im Werkstück
Zusammenfassung der Kapitel
Kapitel 1 führt in das Thema ein und beschreibt die Zielsetzung und den Aufbau der Arbeit. Kapitel 2 bietet eine Einführung in die Thermodynamik und stellt verschiedene Arten von thermodynamischen Systemen vor. In Kapitel 3 werden die Differenzialgleichungen für den Aufheizvorgang aufgestellt und das zugehörige Blockschaltbild in MATLAB-SimulinkⓇ dargestellt. Das Kapitel beschreibt auch die Durchführung der Simulationen mit Variation der Parameter.
Schlüsselwörter
Thermodynamik, thermodynamische Systeme, Simulation, Aufheizen, Werkstück, Glühofen, MATLAB-SimulinkⓇ, Differenzialgleichungen, Parametervariation, Temperaturveränderung.
- Quote paper
- Alena Knaus (Author), 2018, Aufheizen eines Werkstücks in einem Glühofen, Munich, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/426502
