Digitale løsninger som fx digitale tvillinger forventes at spille en central rolle i realiseringen af den fremtidige energisektor, i form fx ”smart grids” og ”smarte cities” såvel som i den industrielle sektor, med implementering af industri 4.0. Udviklingen af numeriske modeller, der er konceptuelt, fysisk og matematisk konsistente og skræddersyet til den specifikke anvendelse er en hjørnesten i den type digitalisering.

Kursets formål er at give de studerende erfaring med at udvikle numeriske modeller af komplekse termiske energiteknologier såsom: varmepumper, organic Rankine cycles, kølesystemer, gasturbiner og industrielle procesanlæg. Yderligere, vil de studerende lære at anvende disse modeller til at simulere og analysere de pågældende teknologier. Yderligere vil de studerende lære at koble numeriske modeller med måledata for at levere digitale tjenester, såsom avanceret overvågning ved hjælp af virtuelle sensorer, fejldetektion eller predictiv vedligeholdelse. En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:

• udvikle modeller af komplekse termiske energiteknologier ved at anvende en systematisk modeludviklingsproces
• vurdere den konceptuelle og numeriske validitet af de udviklede modeller
• designe og evaluere termiske energiteknologier ved hjælp af simuleringer af de udviklede modeller
• formulere et simuleringsformål og skitsere, hvordan modeller og data kan bruges til at opfylde formålet
• implementere forskellige modelkompleksiteter, såsom: design, drift og transiente modeller
• udvælge den passende modelkompleksitet
• implementere forskellige metoder til at modeller komponentkarakteristikker, dvs. empiriske eller ”first principle” og ”lumped” eller distribuerede modeller
• udvælge en passende metode til at modelle komponentkarakteristika
• beskrive funktionaliteten i en regulator og implementer PI-regulatorer i transiente modeller
• bruge egnede simuleringsprogrammer til at simulere termiske energiteknologier
• anvende numeriske metoder til løsning af ligningssystemer af algebraiske, differential- og differential-algebraiske ligninger
• give konstruktiv tilbagemelding på medstuderendes rapporter og præsentationer

Kurset fokuserer på anvendelsen af modellerings og simulerings systematik for at sikre udviklingen af modeller, der er konceptuelt, fysisk og matematisk konsistente. De studerende lærer at anvende en struktureret modellerings- og simuleringsproces til at udvikle modeller til forskellige applikationer (herunder digitale services) og vil yderligere lære at udvælge en passende modelkompleksitet.

De studerende vil blive introduceret til principperne bag forskellige numeriske løsere som Newton-Raphson og Runge-Kutta og den praktiske anvendelse af disse. Yderligere får de studerende praktisk erfaring i brugen af simuleringsprogrammer, der er egnet til simulering af termiske energiteknologier. En introduktion vil blive givet til Engineering Equation Solver (EES) og Modelica samt programmer til at tilgå fluidegenskaber såsom CoolProp eller Refprop.

Igennem den første del af kurset vil de studerende arbejde med systematisk udvikling af komponentmodeller af typiske komponenter i termiske energiteknologier f.eks.; volumetriske og dynamiske kompressions- og ekspansionsmaskiner, varmevekslere som fordampere og kondensatore samt beholder og ventiler. Dette arbejde skal dokumenteres med en individuel modelportefølje med både modelbeskrivelse og modelkode.

I anden del af kurset vil de studerende arbejde med et gruppeprojekt fokuserer på at definere en digital service og udvikle en passende model af en samlet energiteknologi bestående af flere komponenter. Denne model kobles til måledata for at opfylde det definerede simuleringsformål. Gruppeprojektet skal dokumenteres og analyseres i en teknisk grupperapport. 02. maj, 2025