Practical trainings, student assistants and theses

Analyse lokaler Produktkonzentrationen einer Gas-Flüssigreaktion in Abhängigkeit verschiedener hydrodynamischer Bedingungen

Bachelor theses / Master theses / Diploma theses / compulsory internship

Chemische gas-flüssig Reaktionen werden industriell bevorzugt in Blasensäulenreaktoren durchgeführt. Diese besitzten gute Eigenschaften in Bezug auf Wärme- und Stofftransport und einen vergleichsweise einfachen Aufbau. Der Umsatz und die Selektivität von gas-flüssig Reaktionen ist maßgeblich durch hydrodynamische Bedingungen, wie beispielsweise Gasgehalt, Blasengröße und Blasengrößenverteilung charakterisiert. Innerhalb einer studentischen Arbeit sind experimentelle Untersuchungen an einem definierten gas-flüssig-Reaktionssystem durchzuführen und die Konzentration der Produktspezies in Abhängigkeit verschiedener hydrodynamischer Parameter mittels UV/VIS Spektroskopie zu ermitteln. Der Fokus der Arbeit liegt in der Durchführung der Laborversuche und anschließender Auswertung der Messergebnisse.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Kipping, Ragna

Requirements

- Studium des Chemie-Ingenieurwesen, Verfahrenstechnik, oder ähnlichen Ingenieurstudiengängen
- Engagement, Fleiß und Freude am experimentellen Arbeiten

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Liquid mixing and mass transfer measurements in a pilot scale bubble column reactor with internals

Bachelor theses / Master theses / Diploma theses / compulsory internship

Foto: Experimenteller Aufbau der Blasensäule mit Einbauten und zwei Gittersensoren ©Copyright: Dr. Markus SchubertBubble column reactors are apparatuses of choice regarding multiphase flows/reactions in the chemical process industry. Processes like the Fischer-Tropsch-synthesis are typically carried out in a bubble column reactor. Since most of the reactions are of exothermic nature, the produced heat has to be sufficiently removed to guarantee a stable reactor operation. Therefore, longitudinal flow heat exchanging tubes, which alter the flow behavior of the phases and cover a large portion of the reactor’s cross sectional area, are inserted into the bubble column reactor. For a secure construction of a bubble column with an internal tube bundle heat exchanger, its influence on hydrodynamic, mass transfer and liquid mixing needs to be investigated.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Möller, Felix

Requirements

• Student of Process or Chemical Engineering, Technical Chemistry or comparable fields of study
• Enthusiasm in experimental work
• Knowledge in plant commissioning and mass transfer phenomena are welcome, but not compulsory
• Knowledge in Matlab for data acquisition

Conditions

• Literature research in the field of bubble column reactors with internals and measurement techniques
• Investigation of liquid mixing and mass transfer in bubble columns with internals using oxygen probes and wire-mesh sensors
• Measurement of mass transfer in bubble column with internals
• Model development for bubble columns with internals, maybe compartment modeling

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Smart actuation system for flow following µAUV particles for industrial process environments

Master theses / Diploma theses / compulsory internship

Foto: flow following sensor particle ©Copyright: Dr. Sebastian ReineckeSmart flow following sensor particles are used for acquisition of spatially distributed process parameters in industrial processes, such as biogas digesters, waste water treatment basins or bioreactors. The aim of the work is the development of an actuator concept for sensor µAUV-particles for the automatic adjustment of buoyancy (buoyancy) and for buoyancy maneuvers under the condition of small size, minimum energy consumption and high reliability. For this, alternative physical and chemical mechanisms should be considered based on the existing electromechanical solution. There are suitable variants to implement and test. Furthermore, the development of sensor intelligence for the actuators in the sensor particles is an essential part of the task. The developed concepts have to be validated experimentally.

We cordially invite you to an on-site conversation to introduce the topic and to agree on further details. Do not hesitate to contact us, because the way is worth it for you.

What can you expect:

In our department, we offer you an attractive work environment to expand your personal and professional skills. The insight into the diverse R&D projects of the department in the areas of sensor and measuring technology as well as energy and process engineering (among others) and the excellent technical equipment of the laboratories offer optimal conditions for this. The possibility of close contact with competent experienced colleagues plays a central role. As part of student work, we have pursued the approach of structured supervision and associated constructive feedback. This includes regular meetings with your supervisor and intermediate presentations in the form of informal "workshop reports" in the extended audience of interested individuals of the department in order to optimally support you in the successful completion of your project. Furthermore, we are open to support outstanding candidates in their continuing academic qualification, such as in doctoral scholarships or in current or upcoming R&D projects.

Subject-related task spectrum:

• Establishment of the scientific and technical principles of mechanical, physical and chemical principles of action for embedded, actuating components
• Concept development for actuators for taring of sensor particles
• Development of sensor intelligence for situation-dependent, automatic buoyancy, for buoyancy maneuvers and for recovery
• Selection, purchase/ composition and comparison of solution variants
• Minimization of size and energy consumption
• Increased reliability when used in particle-loaded biological substrates
• Development of firmware taking into account existing function routines based on an embedded system with 32-bit data structure (e.g. STM32)
• Conception and realization of suitable test scenarios
• Characterization and comparison of implemented variants with regard to accuracy of taring and reliability in long-term use

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Dr. Reinecke, Sebastian

Requirements

• Studies in electrical engineering, mechatronics, mechanical engineering and similar engineering courses
• Experience in design and (micro) actuator systems
• Experience in programming microcontrollers for embedded systems (e.g. STM32)
• Experience in control electronics for microdrives and board design for embedded systems
• Fundamentals of (micro) actuator systems, movement of rigid bodies, measurement uncertainties, digital signal processing
• Data analysis optionally in Matlab, Octave or C / C ++
• Independent, self-responsible working method

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Intelligent inertial position tracking for flow following sensor particles in industrial process environments

Master theses / Diploma theses / compulsory internship

Foto: AutoSens_StirredReactor ©Copyright: fwdf (Mailgruppe)Smart flow following sensor particles are used for acquisition of spatially distributed process parameters in industrial processes, such as biogas digesters, waste water treatment basins or bioreactors. The aim of the work is the development of a software-based reconstruction of the motion trajectory of the sensor particles based on the measured signals of the inertial sensors (acceleration, rate of rotation and magnetic field) as well as a sensor for pressure / immersion depth. For this purpose, available inertial sensors with electronics (to be also developed) are to be characterized and appropriate algorithms for position tracking, preferably from the field of inertial navigation (submersible robot, μAUV, multicopter), to be implemented. The developed concepts have to be validated experimentally.
We cordially invite you to an on-site conversation to introduce the topic and to agree on further details. Do not hesitate to contact us, because the way is worth it for you.

What can you expect:

In our department, we offer you an attractive work environment to expand your personal and professional skills. The insight into the diverse R&D projects of the department in the areas of sensor and measuring technology as well as energy and process engineering (among others) and the excellent technical equipment of the laboratories offer optimal conditions for this. The possibility of close contact with competent experienced colleagues plays a central role. As part of student work, we have pursued the approach of structured supervision and associated constructive feedback. This includes regular meetings with your supervisor and intermediate presentations in the form of informal "workshop reports" in the extended audience of interested individuals of the department in order to optimally support you in the successful completion of your project. Furthermore, we are open to support outstanding candidates in their continuing academic qualification, such as in doctoral scholarships or in current or upcoming R&D projects.

Subject-related task spectrum:

• Establishment of the scientific and technical fundamentals for the characterization of inertial sensors and position tracking algorithms
• Setting up the sensor specification for use with flow following devices in the process industry
• Selection, procurement and comparison of relevant inertial measurement units
• Implementation and testing of appropriate position tracking algorithms based on data from an inertial measurement unit
• Concept and design of electronics with microcontroller for the operation and characterization of inertial measurement units
• Development and implementation of firmware for the microcontroller
• Conception and realization of suitable test scenarios for the characterization of inertial measuring units
• Characterization and comparison of relevant inertial measuring units with regard to the measurement uncertainties of the position tracking of sensor particles

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Dr. Reinecke, Sebastian

Requirements

• Studies in electrical engineering, mechatronics, mechanical engineering and similar engineering courses
• Experience in board design for embedded systems
• Experience in programming microcontrollers for embedded systems (e.g. STM32)
• Fundamentals of Digital Signal Processing, Bayesian Filters, Kalman Filters, Rigid Body Motion, Measurement Uncertainties
• Experimental skills
• Data analysis optionally in Matlab, Octave or C / C ++
• Independent, self-responsible working method

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Optimierung und Aufskalierung einer Thermoanemometrie-Gittersensor-Elektronik

Student practical training / compulsory internship

Zur ortsaufgelösten Messung von lokalen Strömungsgeschwindigkeiten wurde am HZDR der Prototyp eines Thermoanemometrie-Gittersensors entwickelt. Dieser kann eingesetzt werden um bspw. asymmetrische Strömungsprofile in einer Rohrströmung zu untersuchen. Die zeitliche Auflösung des aktuellen Prototypens ist durch temperaturbedingte Charakteristiken von Bauteilen infolge hoher Lastwechsel elektrischer Ströme beschränkt. Weiterhin ist aktuelle örtliche Auflösung von 4 x 4 Messpunkten für geplante Anwendungen zu niedrig. Im Rahmen einer studentischen Arbeit im Bereich Messtechnikentwicklung sollen zur Optimierung und Erweiterung folgende Teilaufgaben bearbeitet werden:

• Einarbeitung und Literaturrecherche zur thermischen Anemometrie und Gittersensor-Technologie
• Analyse der aktuellen Version des Prototypen
• Neuentwurf und Umsetzung einer optimierten Analog-Digital-Elektronik
• Implementierung eines Programmablaufschemas

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Arlit, Martin

Requirements

• Studium im Bereich Elektrotechnik, Mechatronik
• Grundlagen der analogen und digitalen Schaltungstechnik
• Programmierkenntnisse
• Erfahrungen in Entwurf, Aufbau und Inbetriebnahme elektronischer Schaltungen

Conditions

Dauer 4 bis 6 Monate, ab sofort bzw. nach Absprache möglich

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Liquid flow characterization on distillation column trays

Student practical training / Master theses / Diploma theses / Student Assistant

Distillation is highly important in chemical process industries, as 95% of the worldwide separations use this technology in large industrial columns. Increasing energy costs and higher awareness for environmental concerns motivate towards the optimization of the performance of tray columns. Flow and mixing patterns in the tray columns have strong influence on their separation performance. Plug flow is considered ideal, while any deviations from plug flow are referred as non-idealities that are detrimental to the tray efficiency.
Mathematical models are used to assess the flow patterns and predict the tray efficiency. For this purpose, precise identification of the flow patterns and the hydraulic parameters at high spatio-temporal resolution is a prerequisite. An in-house developed sensor specifically designed for the cross-flow trays will be used in three-dimensional framework. Proper sensor calibration and data processing is essential for the accuracy of the measurements. Further, the flow visualization and determination of the hydraulic parameters need to be achieved through MATLAB scripts.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Vishwakarma, Vineet

Requirements

1. Academic studies in chemical engineering, process engineering or similar field, with reasonable understanding of mathematics and distillation columns.
2. Enthusiasm for experimental work, with good interpersonal skills.
3. Programming skills: MATLAB.

Conditions

The candidate can start at the earliest. The duration of the project can be up to 6 months. The candidate will be invited for interview and discussion, or may be asked to give a short presentation before the selection.

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Bestimmung von Geschwindigkeitsfeldern aus tomographischen Bilddaten mittels Kreuzkorrelation

Bachelor theses / Master theses / Diploma theses

Foto: ROFEX CAD ©Copyright: Dr. Frank BarthelAm Institut für Fluiddynamik am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf sind zahlreiche Messverfahren für die Untersuchung von Mehrphasenströmungen entwickelt worden. Eines davon ist die ultraschnelle Elektronenstrahl-Röntgen-Computertomographie, welche mit Aufnahmeraten von bis zu 8000 Bildern pro Sekunde eine dedizierte Aufklärung von Strömungsstrukturen erlaubt. Aufgrund der quasi simultanen Aufnahme von Bilddaten aus zwei Messebenen ergibt sich zudem die Möglichkeit, axiale Geschwindigkeiten zu bestimmen, wofür üblicherweise Kreuzkorrelationsverfahren verwendet werden. Im Rahmen dieser Arbeit sollen die Möglichkeiten dieser Methodik in Hinblick auf die Bestimmung von Geschwindigkeitsfeldern in verschiedenen Strömungsszenarienn analysiert werden.

Folgende Teilaufgaben sind zu lösen:
• Studie zu verschiedenen Varianten der Kreuzkorrelation
• Simulation verschiedener Szenarien und Bewertung der Genauigkeit
• Übertragung der Ergebnisse auf reale Messungen

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Dr. Bieberle, Martina

Requirements

• Studium der Informatik, Mathematik oder einer Ingenieurwissenschaft
• Interesse an Messverfahren und Datenanalyse
• Selbständiges Arbeiten

Conditions

Bearbeitungszeit 4 bis 6 Monate

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Analytische und numerische Vorhersage von magnetohydrodynamischen Grenzflächeninstabilitäten in Flüssigmetallbatterien

Master theses / Diploma theses / Research Assistant

Foto: Simulierte Grenzflächenwellen in der Flüssigmetallbatterie ©Copyright: Gerrit Maik HorstmannDer vermehrte Ausbau erneuerbarer Energien in Deutschland erfordert mit zunehmender Wichtigkeit die Integration effizienter stationärer Netzspeicher, da Solar- und Windenergie wetterbedingt stark fluktuieren. Adäquate Netzspeicher sollten in der Lage sein, möglichst kostengünstig überschüssige Energie punktuell zu speichern und nach Bedarf wieder in das Stromnetz zu speisen. Ein vielversprechender Kandidat für diese Anforderungen sind Flüssigmetallbatterien. Flüssigmetallbatterien bestehen aus zwei flüssigen Metallen (z. B. Na, Bi), welche durch einen ebenso flüssigen Elektrolyten (z. B. NaCl) getrennt sind. Alle drei Phasen schwimmen übereinander. Beim Entladen gibt das Na ein Elektron ab, wandert als Ion durch den Elektrolyten und legiert mit dem unteren Metall zu NaBi.
Um Flüssigmetallbatterien kostengünstig betreiben zu können, müssen sie möglichst groß gebaut werden. Dadurch werden sie jedoch anfällig für diverse Strömungsinstabilitäten wie thermischer Konvektion oder Elektrowirbelströmungen, welche den sicheren Batteriebetrieb gefährden und im schlimmsten Fall zum Aufreißen des Elektrolyten (Kurzschluss) führen können.
Als besonders signifikant haben sich in den letzten Jahren Grenzflächeninstabilitäten in den Elektrolyt-Metall Grenzflächen herauskristallisiert, welche von magnetohydrodynamischen Wechselwirkungen getrieben werden und rotierende Grenzflächenwellen in der Batterie anregen (siehe Abbildung).
Im Rahmen dieser Master- oder Diplomarbeit sollen die einzelnen destabilisierenden Mechanismen, je nach Neigung des Bewerbers, analytisch und/oder numerisch erfasst und quantifiziert werden, um Stabilitätskriterien zur Gewährleistung der Betriebssicherheit von Flüssigmetallbatterien abzuleiten. Dafür sollen mathematische Werkzeuge der linearen Stabilitätsanalyse sowie störungstheoretische Methoden zum Einsatz kommen.
Konkret können eine oder mehrere der folgenden Aufgaben in Angriff genommen werden:
- Durchführung linearer Stabilitätsanalysen auf bereits bekannte Differentialgleichungen formuliert in verschiedenen Näherungen
- Entwicklung oder Weiterentwicklung neuer analytischer Modelle zur effizienten Beschreibung von Grenzflächeninstabilitäten
- Analytische Beschreibung der Grenzflächenkopplung in mechanisch angeregten drei-Schicht-Systemen zum experimentellen Vergleich (Ansatz bereits vorhanden)
- Optimierung der elektrischen Randbedingungen zur Stabilisierung der Batterie unter Verwendung von Variationsrechnungen oder Simulationen
- Durchführung numerischer Parameterstudien

Department: Magnetohydrodynamics

Contact: Horstmann, Gerrit Maik, Dr. Weier, Tom

Requirements

- Studium im Bereich Physik, Mathematik oder Maschinenbau mit theoretischem Hintergrund und guten bis sehr guten Noten
- Kenntnisse der (theoretischen) Strömungsmechanik und idealerweise Grundkenntnisse der Elektrodynamik
- Ausgeprägte analytische Fähigkeiten und Spaß an komplexen Aufgabenstellungen
- Vertrauter Umgang mit der Vektoranalysis
- Programmierkenntnisse (Python, Matlab, C++, etc.)
- Kenntnisse der linearen Wellentheorie vom großen Vorteil
Erfahrungen in einem der folgenden Bereiche wünschenswert, jedoch keine Voraussetzung:
- Methoden der linearen Stabilitätsanalyse
- Potentialtheorie
- Flachwassertheorie
- Euler-Lagrange Optimierungen (analytische Mechanik)

Conditions

Beginn: ab sofort
Dauer: >= 6 Monate
- Gute Betreuung von der intensiven Einarbeitung bis hin zur Verfassung der Abschlussarbeit
- Vergütung
- Angenehmes kollegiales Umfeld

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Experimentelle Untersuchung der hydrodynamischen Kopplung von Grenzflächenwellen in einem 3-Fluid System zur Analyse von Grenzflächeninstabilitäten in Flüssigmetallbatterien

Master theses / Diploma theses / Research Assistant

Foto: Experimenteller Aufbau zur Untersuchung gekoppelter Grenzflächenwellen ©Copyright: Gerrit Maik HorstmannDer vermehrte Ausbau erneuerbarer Energien in Deutschland erfordert mit zunehmender Wichtigkeit die Integration effizienter stationärer Netzspeicher, da Solar- und Windenergie wetterbedingt stark fluktuieren. Adäquate Netzspeicher sollten in der Lage sein, möglichst kostengünstig überschüssige Energie punktuell zu speichern und nach Bedarf wieder in das Stromnetz zu speisen. Ein vielversprechender Kandidat für diese Anforderungen sind Flüssigmetallbatterien. Flüssigmetallbatterien bestehen aus zwei flüssigen Metallen (z. B. Na, Bi), welche durch einen ebenso flüssigen Elektrolyten (z. B. NaCl) getrennt sind. Alle drei Phasen schwimmen übereinander. Beim Entladen gibt das Na ein Elektron ab, wandert als Ion durch den Elektrolyten und legiert mit dem unteren Metall zu NaBi.
Um Flüssigmetallbatterien kostengünstig betreiben zu können, müssen sie möglichst groß gebaut werden. Dadurch werden sie jedoch anfällig für diverse Strömungsinstabilitäten wie thermischer Konvektion oder Elektrowirbelströmungen, welche den sicheren Batteriebetrieb gefährden und im schlimmsten Fall zum Aufreißen des Elektrolyten (Kurzschluss) führen können.
Als besonders signifikant haben sich in den letzten Jahren Grenzflächeninstabilitäten in den Elektrolyt-Metall Grenzflächen herauskristallisiert, welche von elektromagnetischen Wechselwirkungen in der Batterie getrieben werden. Dieses Phänomen ist weitläufig bekannt aus Aluminium-Reduktionszellen, welche aus zwei flüssigen Phasen (Kryolith und Aluminium) bestehen. In Flüssigmetallbatterien sind jedoch zwei Grenzflächen (drei Phasen) vorhanden, welche stark gekoppelt sein können und dann miteinander wechselwirken. Diese Wechselwirkungen können schließlich weitreichenden Einfluss auf die Systemstabilität haben.
Im Rahmen dieser Master- oder Diplomarbeit soll speziell diese hydrodynamische Wechselwirkung gekoppelter Grenzflächenwellen experimentell, unter Verwendung eines rein mechanischen Batteriemodells, untersucht werden.
Ein experimenteller Aufbau ist bereits vorhanden, bestehend aus einem optisch zugänglichen Plexiglaszylinder, der mit drei nicht mischbaren Flüssigkeiten befüllt wird, um ein stabiles drei-Schicht-System auszubilden. Unter Verwendung eines Schütteltischs (siehe Abbildung), welcher kontrollierbare Kreisbewegungen ausführt, können eben jene Grenzflächenwellen angeregt werden, die auch in Flüssigmetallbatterien entstehen. Ultrasonic Doppler Velocimetry (UDV) Sensoren wurden integriert und dienen zur präzisen Vermessung von Auslenkung und Geschwindigkeit beider Grenzflächen.
Konkret beinhaltet diese Arbeit folgende Aufgaben:
- Vermessung der Amplitudenverhältnisse, Kreisfrequenzen sowie Abklingraten der gekoppelten Grenzflächenwellen mittels UDV in Abhängigkeit diverser Systemparameter
- Entwicklung von Auswertungsverfahren zur verbesserten Rekonstruktion der Grenzflächenwellen
- Weiterentwicklung des Experiments

Department: Magnetohydrodynamics

Contact: Horstmann, Gerrit Maik, Dr. Weier, Tom

Requirements

- Studium im Bereich Physik, Maschinenbau, Verfahrenstechnik oder ähnlicher fachlicher Ausrichtung
- Experimentelles Geschick und Spaß am experimentellen Arbeiten
- Erste Erfahrungen mit gängigen Programmiersprachen wie Python, Matlab o. ä.
- Idealerweise Vorkenntnisse der Ultrasonic Doppler Velocimetry
- Kenntnisse der Strömungsmechanik oder im Speziellen der Wellentheorie von Vorteil

Conditions

Beginn: ab sofort
Dauer: >= 6 Monate
- Gute Betreuung von der Einarbeitung bis hin zur Verfassung der Abschlussarbeit
- Vergütung
- Angenehmes kollegiales Umfeld

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Modellierung und Simulation des dynamischen Betriebsverhaltens eines tubularen Hochtemperaturelektrolyseurs zur Wasserstoffproduktion

Bachelor theses / Master theses / Diploma theses / compulsory internship

Im Rahmen eines Forschungsprojektes zur Entwicklung eines tubularen Hochtemperatur-Dampfelektrolyseurs mit integrierter Kohlenwasserstoffsynthese soll mit Hilfe
der kommerziellen Software MATLAB Simulink das dynamische Betriebsverhalten einer SOEC (Solid Oxide Electrolyzer Cell) charakterisiert werden. Neben der Erstellung
des grundlegenden dynamischen Modells der SOEC sind Untersuchungen zum Einfluss fluktuierender Eingangsgrößen (Prozessgase, Stromversorgung, usw.) auf das
Betriebsverhalten des Elektrolyseurs durchzuführen.

Zur Realisierung dieser Aufgaben bietet die Abteilung Experimentelle Thermofluiddynamik für Studenten der unten genannten Studiengänge studienbegleitende Tätigkeiten
zu einer praxisnahen und forschungspolitisch relevanten Thematik an. Die Anfertigung von Beleg-, Diplom- oder Masterarbeiten ist erwünscht.

Mögliche Aufgabenfelder sind dabei:

• Erstellung des dynamischen Modells eines Dampfelektrolyseurs mit Hilfe der Software MATLAB Simulink
• Simulation des dynamischen Betriebsverhaltens des Dampfelektrolyseurs
• Sensitivitätsanalyse des dynamischen Verhaltens hinsichtlich ausgewählter Betriebsparameter
• Untersuchung des Einflusses stark fluktuierender Lastprofile
• Entwicklung eines Instrumentierungskonzepts und Identifizierung relevanter Messstellen auf Basis der durchgeführten Simulationen

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Fogel, Stefan

Requirements

• Student(in) der Studiengänge Chemieingenieurwesen, Verfahrenstechnik, Energietechnik, Maschinenbau oder ähnlicher fachlicher Ausrichtung.
• Sorgfältige und selbstständige Arbeitsweise.
• Freude an der wissenschaftlichen Arbeit.

Conditions

Bearbeitungszeit 4 - 6 Monate.

Beginn ab sofort.

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Stationäre Simulation des elektrischen Betriebsverhaltens und des Stoff- und Wärmetransportes eines tubularen Hochtemperaturelektrolyseurs zur Wasserstoffproduktion

Bachelor theses / Master theses / Diploma theses / compulsory internship

Im Rahmen eines Forschungsprojektes zur Entwicklung eines tubularen Hochtemperatur-Dampfelektrolyseurs mit integrierter Kohlenwasserstoffsynthese soll mit Hilfe
der kommerziellen Software COMSOL Multiphysics das stationäre Betriebsverhalten einer SOEC (Solid Oxide Electrolyzer Cell) charakterisiert werden. Dabei sind Arbeiten
zur Kombination von Simulationsmodellen sowie Untersuchungen zum Einfluss verschiedener Parameter, wie z.B. der Zellgeometrie, den Materialeigenschaften, der
Betriebstemperatur und der Gasdurchsatzraten auf das Betriebsverhalten der Zelle durchzuführen.

Zur Realisierung dieser Aufgaben bietet die Abteilung Experimentelle Thermofluiddynamik für Studenten der unten genannten Studiengänge studienbegleitende Tätigkeiten
zu einer praxisnahen und forschungspolitisch relevanten Thematik an. Die Anfertigung von Beleg-, Diplom- oder Masterarbeiten ist erwünscht.

Mögliche Aufgabenfelder sind dabei:

• Erweiterung des bestehenden dreidimensionalen Geometriemodells eines tubularen Dampfelektrolyseurs mit COMSOL Multiphysics
• Kombination der stationären Simulationsmodelle für das elektrische Betriebsverhalten und den Stoff- und Wärmetransport des Elektrolyseurs
• Implementierung eines Modells zur Stoffwandlung innerhalb der Synthesezone des Apparates
• Untersuchung des stationären Betriebsverhaltens des Apparates hinsichtlich betriebsrelevanter Parameter (Durchsatzraten, Betriebstemperaturen, Materialeigenschaften, etc.)

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Fogel, Stefan

Requirements

• Student(-in) der Studiengänge Chemieingenieurwesen, Verfahrenstechnik, Energietechnik, Maschinenbau oder ähnlicher fachlicher Ausrichtung.
• Sorgfältige und selbstständige Arbeitsweise.
• Freude an der wissenschaftlichen Arbeit.

Conditions

Bearbeitungszeit 4 - 6 Monate.

Beginn ab sofort.

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Case study on the impact of flow non-idealities on the separation efficiency of tray columns

Student practical training / Master theses / Diploma theses / Student Assistant

Distillation is highly important in chemical process industries, as 95% of the worldwide separations use this technology in large industrial columns. Increasing energy costs and higher awareness for environmental concerns motivate towards the optimization of the performance of the tray columns, as they consume approximately 3% of the world’s energy. Flow and mixing patterns in these columns have strong influence on their separation performance, and these patterns can aid in transforming them from energy-intensive to energy-efficient columns. Plug flow is considered ideal, while any deviations from the plug flow are referred as non-idealities that are detrimental to the tray efficiency.
Several mathematical models have been proposed in the literature to predict the tray separation efficiency based on the evolving flow and mixing patterns. The effect of several predetermined patterns on the tray efficiency needs to be investigated using realistic vapor-liquid equilibriums (VLE) of a binary feed. A case study is planned, which comprises of the following tasks:
i. Usage of process simulators to obtain the VLE data for a binary mixture.
ii. Implementation of the efficiency models for predefined patterns.
iii. Assessment of the impact of different combinations of binary feed on the tray efficiency.
iv. Analysis and summarization of the acquired results.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Vishwakarma, Vineet

Requirements

1. Academic studies in chemical engineering, process engineering or similar field, with reasonable understanding of mathematics, thermodynamics and distillation columns.
2. Programming skills: MATLAB and process simulators- ASPEN, HYSYS, CHEMCAD.
3. Enthusiasm for theoretical/ numerical work, with good interpersonal skills.

Conditions

The candidate can start at the earliest. The duration of the project can be up to 6 months. The candidate will be invited for an interview and discussion, or may give a short presentation before the selection.

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Prozessintensivierung bei Mehrphasenreaktoren

Master theses / Diploma theses

In der chemischen Industrie werden Mehrphasenreaktoren vielfältig eingesetzt. Insbesondere Rieselbettreaktoren werden aufgrund der hohen Verweilzeiten, die geringe intrapartikuläre Diffusionsraten kompensieren, in Prozessen wie der Hydrierung von Olefinen, Oxidation von Glukose, der Erdölentschwefelung und der Phenoloxidation bevorzugt. Um den Reaktortyp weiter zu verbessern, wird am HZDR an einem innovativen Mehrphasenreaktor geforscht, welcher den Stofftransport zwischen Gasphase und fester Katalysatorphase intensiviert. Das Ziel des innovativen Reaktorkonzepts ist über die Superposition von Rotation und Neigung eines Festbettreaktors eine periodische Be- und Entnetzung der Katalysatorpackung sicher zu stellen. Für eine Identifizierung von vorteilhaften Prozessfenstern die Intensivierungspotential bieten, sind Modellierungsansätze von hoher Wichtigkeit, um die Zugänglichkeit des Konzepts für die Industrie zu ermöglichen.

Im Rahmen einer studentischen Arbeit ist ein vorhandenes Reaktor-Partikel-Modell mit Hilfe von Parameterstudien zu untersuchen und weiter zu entwickeln. Darüber hinaus soll das Modell mit bestehenden Rieselbettreaktormodellen verglichen werden. Als Simulations- und Modellierungstool wird MATLAB verwendet.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Timaeus, Robert

Requirements

Studium im naturwissenschaftlichen oder ingenieurswissenschaftlichen Bereich
Programmierkenntnisse in MATLAB® sind von Vorteil (aber nicht zwingend erforderlich)

Conditions

Bearbeitungszeit 4-6 Monate

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Untersuchungen zur Steigerung der Energieeffizienz von Belüftungselementen für die Anwendung in der biologischen Abwasserreinigung

Student practical training / Bachelor theses / Master theses / Diploma theses / Student Assistant

Foto: SEBAK setup and aerators ©Copyright: Robert Herrmann-HeberDie biologische Abwasserbehandlung leistet einen wesentlichen Beitrag zum Erhalt der Gewässerqualität. Im kommunalen Bereich entfällt ein großer Anteil des Gesamtenergiebedarfs auf die Kläranlagen. In diesen Anlagen wird oft mehr als 50 % der elektrischen Energie für den Eintrag von Luft in Belebungsbecken benötigt, in denen Mikroorganismen die im Abwasser enthaltenen Nährstoffe unter Verbrauch von Sauerstoff zersetzen.
Nach aktuellem Stand der Technik wird die Luft durch Belüftungselemente wie Membran- oder Keramikbelüfter eingetragen. Ein Teil der für den Lufteintrag benötigten Energie wird entweder für die Dehnung der schlitzförmigen Öffnungen der Membranen oder zur Überwindung des Strömungswiderstandes in der Keramikwand aufgewendet.
Neue Konzepte sollen diesen Energiebedarf reduzieren und für einen optimierten Sauerstoffeintrag in das Belebungsbecken sorgen.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Herrmann-Heber, Robert

Requirements

• Studium im Bereich Verfahrenstechnik, Chemie-Ingenieurwesen und ähnlichen Ingenieurstudiengängen
• Freude am experimentellen Arbeiten

Conditions

• 4-6 Monate
• Ab September/Oktober

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Untersuchung zur Hydrodynamik in Blasensäulen

Master theses / Diploma theses / compulsory internship

Blasensäulen sind aufgrund ihrer einfachen Bauweise ein beliebter Reaktortyp in der chemischen Industrie. Die genaue Auslegung und der optimierte Betrieb in Bezug auf hohen Umsatz und Ausbeute erfordert ein detailliertes Verständnis der in Blasensäulenreaktoren ablaufenden Prozesse. Hierbei spielen vor allem lokale Hydrodynamische Effekte und ihr Einfluss auf den Stofftransport eine wesentliche Rolle. An einem bestehenden Versuchsaufbau sind experimentelle Studien zur Hydrodynamik durchzuführen und lokale Daten wie Phasengeschwindigkeiten und charakteristische Parameter der Blasen für verschiedene Versuchsbedingungen zu extrahieren.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Kipping, Ragna

Requirements

- Studium der Verfahrenstechnik, Chemie-Ingenieurwesen oder vergleichbar
- Freude am experimentellen Arbeiten
- Kenntnisse in MATLAB für die Datenauswertung wünschenswert

Conditions

Beginn: ab sofort

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Untersuchung der Fluiddynamik von Zweiphasenströmungen in Kolonnen mit Anstaupackungen

Bachelor theses / Master theses / Diploma theses / compulsory internship

In thermischen Trennapparaten, z.B. Rektifikations- oder Absorptionskolonnen, hat die Fluiddynamik der beteiligten Phasen einen entscheidenden Einfluss auf die Effizienz der Stofftrennung. Eine Möglichkeit, den Kontakt zwischen Gas- und Flüssigkeitsphase zu intensivieren und damit den Stoffübergang zu verbessern, bieten Anstaupackungen. Sie bestehen aus Packungslagen zweier geometrischer Oberflächen, welche abwechselnd axial angeordnet werden. Durch die Kombination unterschiedlicher Packungen entstehen verschiedene Strömungsmuster (Blasenströmung, Sprudelschicht, Filmströmung), welche mittels der ultraschnellen Röntgentomografie am HZDR zeitlich und örtlich hochaufgelöst erfasst werden können.

Aus den tomografischen Bilddaten sollen im Rahmen einer studentischen Arbeit wichtige fluiddynamische Parameter wie die Phasengrenzfläche extrahiert werden. Dazu sind geeignete Algorithmen zu entwickeln und in MATLAB® zu implementieren.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Sohr, Johanna, Dr. Bieberle, Martina

Requirements

• mathematisch-naturwissenschaftliches oder ingenieurwissenschaftliches Studium
• Programmierkenntnisse in MATLAB® und Vorkenntnisse in der Bilddatenverarbeitung sind hilfreich

Conditions

Beginn: ab sofort
Bearbeitungszeit: 4-6 Monate

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Phasengrenzflächenextraktion aus Datensätzen der ultraschnellen Röntgen-Computertomographie

Master theses / Diploma theses

Foto: ROFEX CAD ©Copyright: Dr. Frank BarthelAm Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf wurde ein ultraschnelles Röntgen-Computertomographie-System (ROFEX) entwickelt, mit dessen Hilfe dynamische Prozesse mit Bildraten von bis zu 8000 s-1 abgebildet werden können. In erster Linie werden damit Untersuchungen an mehrphasigen Strömungen durchgeführt. Ein wichtiger Parameter zu deren Charakterisierung ist die Phasengrenzflächendichte. Im Rahmen dieser Arbeit sollen verschiedene Methoden untersucht und verglichen werden, welche die Phasengrenzfläche aus den tomographischen Bilddaten extrahieren.

Folgende Teilaufgaben sind zu bearbeiten:
• Literaturrecherche zu vorhandenen Methoden
• Implementierung ausgewählter Algorithmen
• Bewertung der Genauigkeit der verschiedenen Ansätze anhand simulierter und realer CT-Daten

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Dr. Bieberle, Martina, Wagner, Michael

Requirements

• Studium der Informatik, Mathematik oder einer Ingenieurwissenschaft
• Programmierkenntnisse in MATLAB / Octave oder Python
• Vorkenntnisse in Bilddatenverarbeitung sind hilfreich

Conditions

Beginn: ab sofort
Bearbeitungszeit: 4-6 Monate

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A correlation of critical void fraction on/near the wall under the boiling crisis (CHF)

Student practical training / Master theses / Diploma theses / Student Assistant / compulsory internship

Nucleation boiling is commonly known as a most efficient way of transferring heat into a liquid, as it combines a large uptake of latent heat by the steam bubbles, convective transfer via bubble motion and a most effective mixing of the thermal boundary layers. However, when the heat flux becomes higher and reaches a critical value (CHF), parts of the heater surface become irreversibly covered by vapor and nucleation boiling turns into film boiling. In cases of power controlled heating this can potentially lead to a meltdown of the heater structure. Understanding and predicting the complex phenomena involved in the CHF is necessary for the efficient operation, safety and development of industrial applications like boiler, nuclear reactor, electronic/microchips system. However even with decades’ heavy investigations, the mechanism of forming CHF especially how the CHF is initiated from nucleation is still without a consensus explanation.
Recently a model of near critical heat flux (CHF-) is raised in our group, that is, the moment, when CHF is initiated, is inferred. This model gives to our opinion both a definite explanation on how CHF is initiated and secondly a quantitative value for the onset of CHF, which has been validated with a number of test cases from literature. Computational fluid dynamics (CFD) is an attractive way to support engineering design by 3D flow simulation in the future. It would be beneficial, if occurrence of CHF could be simulated with CFD codes. In last years an extended RPI model was developed and tested by ANSYS and HZDR CFD group together which requires the critical void fraction as a criterion. In the preliminary test, this value is set to 80% but which is confirmed should be case dependent.
The main tasks for this work are:
1. Simulate the multiphase flow in subcooled boiling process with standard RPI model where the CHF value calculated by CHF- model is considered as a input boundary condition.
2. Capturing the critical void fraction from the simulations.
3. Processing and analysis the captured results to generate an empirical correlations using MATLAB.
4. Applying the correlations to predict the boiling crisis with extended RPI model.

Department: Computational Fluid Dynamics

Contact: Dr. Ding, Wei

Requirements

1. Study of mechanical engineering, process engineering or similar
2. Knowledge of CFD
3. Basic knowledge of heat transfer
4. Knowledge of program/script language (e.g. MATLAB)

Conditions

Duration: >= 3 months
Begin: from now on

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Erweiterung und Validierung von Simulationsmodellen für Mehrphasenströmungen in OpenFOAM

Bachelor theses / Master theses / Diploma theses / Student Assistant / compulsory internship

Die Anwendung von Methoden der CFD („Computational fluid dynamics“) für Scale-up und Intensivierung verfahrenstechnischer Prozesse bietet die Möglichkeit, Energie- und Ressourcen-effiziente Lösungen zu identifizieren, deren Untersuchung mit konventionellen halb-empirischen Methoden kostspielig und langwierig wäre. Eine solche Simulation im großtechnischen Maßstab ist im Rahmen der Euler-Euler Beschreibung möglich, in der die Prozesse auf der Skala einzelner Blasen modelliert werden.Von besonderem Interesse ist die Implementierung und Validierung solcher Modelle in Open-Source Software, die von industriellen Anwendern zunehmend genutzt wird.
Ein am HZDR entwickeltes Baseline-Modell für die Fluiddynamik von Blasenströmungen wurde bereits in OpenFOAM implementiert und validiert. Dies soll nun um die Betrachtung des Stofftransports erweitert werden. Entsprechende Modelle ebenso wie zur Validierung geeignete Testfälle sind aus früheren Untersuchungen verfügbar. Damit sind beste Voraussetzungen für ein zügiges Gelingen gegeben.

Die durchzuführenden Teilaufgaben umfassen:
• Implementierung der Modelle in OpenFOAM 5.0
• Vorstudien zur Auffindung geeigneter Simulations-Setups
• Durchführung von Simulationsrechnungen
• Auswertung und Dokumentation der Ergebnisse
• Diskussion der erzielten Übereinstimmung

Department: Computational Fluid Dynamics

Contact: Dr. Rzehak, Roland

Requirements

• Kenntnisse in Strömungsmechanik
• Kenntnisse in der Programmierung in C++ oder C
• Erfahrung mit OpenFOAM ist von Vorteil, kann aber bei entsprechendem Einsatz auch erworben werden
• Englischkenntnisse in Schrift und Wort
• Freude am wissenschaftlichen Arbeiten

Conditions

• Bearbeitungszeit: 4-6 Monate
• Beginn: Jan-Mar 2018
• Vergütung der Arbeit

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Magnetfeld-Beeinflussung paramagnetischer Ionen in wässrigen Lösungen

Bachelor theses / Master theses / Diploma theses / Student Assistant

Im Zentrum der Forschungsaktivitäten der Abteilung Magnetohydrodynamik des Institutes für
Fluiddynamik am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf steht die Untersuchung und Nutzung der
Wechselwirkungen zwischen Strömungen elektrisch leitfähiger Flüssigkeiten und magnetischen
Feldern.
Ein interessanter Aspekt sind hierbei Kraftwirkungen inhomogener magnetischer Felder auf
magnetisierbare Teilchen in Flüssigkeiten, welche beispielsweise zum Mischen einer Suspension
oder zum Separieren von Teilchen aus einer Lösung genutzt werden können. Aktuelle
Forschungsaktivitäten untersuchen insbesondere das Verhalten paramagnetischer Ionen in
wässrigen Flüssigkeiten, die interessante Anwendungen z.B. in der hydrochemischen Verarbeitung
von Seltene-Erden-Metallen eröffnen könnten. Im Rahmen eines internationalen Kooperations-
projektes werden hierzu derzeit sowohl numerische als auch experimentelle Arbeiten im
Labormaßstab durchgeführt.
Dem Charakter der angestrebten studentischen Mitarbeit entsprechend werden aus dem
beschriebenen Umfeld der Forschungsaufgabe passende experimentelle oder numerische
Teilaufgaben definiert.

Institute: Institute of Fluid Dynamics

Contact: Dr. Mutschke, Gerd

Requirements

Vorkenntnisse der Strömungsmechanik sind erforderlich; bei der
Einarbeitung in das interdisziplinäre Umfeld werden Sie natürlich unterstützt.

Conditions

Umfang ca. 6 Wochenstunden. Die Vergütung der studentischen Tätigkeit erfolgt entsprechend der HZDR-Richtlinien.

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Charakterisierung des Stofftransports in einer Blasenströmung anhand tomographischer Daten

Student practical training / Master theses / Diploma theses / Student Assistant / compulsory internship

Blasensäulen sind aufgrund ihrer einfachen Bauweise ein beliebter Reaktortyp in der chemischen Industrie. Vor allem die Hydrodynamik und der Stofftransport in Blasensäulen sind für den Umsatz und die Selektivität chemischer Reaktionen von Bedeutung. In einer Blasenströmung wurden Messungen mit der ultraschnellen Röntgentomographie zum Stofftransport durchgeführt, welche nun genauer analysiert werden sollen. Ziel ist es charakteristische Größen für den Stofftransport und die Hydrodynamik zu extrahieren. Dazu sind vorhandene Auswertealgorithmen anzupassen und ggf. zu erweitern.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Kipping, Ragna

Requirements

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Convection in liquid metal batteries

Student practical training / Bachelor theses / Master theses / Diploma theses

Foto: Convection in liquid metal batteries ©Copyright: Dr. Norbert WeberLiquid metal batteries (LMBs) consist of a stable density stratification of two liquid metals, separated by a liquid salt electrolyte. They are a strong candidate for stationary energy storage in the electric grid. In order to build large cells, fluid dynamics in LMBs must be known. In frame of project work or a master thesis, an already available solver has to be validated. Especially the natural convection due to the strong heating of the electrolyte layer shall be investigated.

Depending on the interest of the candidate, other work on liquid metal batteries is possible, too. Please send your application directly via email to ensure a fast answer.

Department: Magnetohydrodynamics

Contact: Dr. Weber, Norbert

Requirements

• studies of informatics, chemistry, mechanical engineering, physics or similar
• good marks
• helpful: knowledge of C++, Linux, simulations (FVM)

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Untersuchungen der Hydrodynamik von dispersen Zweiphasenströmungen in komplexen Geometrien

Student practical training / Diploma theses / Student Assistant

Zweiphasenströmungen sind ein wesentlicher Bestandteil industrieller Anwendungen im Bereich der Wärmeübertragung, der chemischen Industrie oder der Kraftwerkstechnik. Häufig weisen die durchströmten Komponenten solcher Anlagen komplexe geometrische Bedingungen auf. Für einen sicheren und effizienten Betrieb ist die genaue Kenntnis der Hydrodynamik der resultierenden Strömungsvorgänge von essentieller Bedeutung. Dafür sollen experimentelle Untersuchungen mittels der ultraschnellen Röntgentomographie an einer thermohydraulischen Versuchsanlage durchgeführt werden. Ziel ist es einen Beitrag zur Beschreibung komplexer Strömungsvorgänge zu liefern.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Neumann, Martin

Requirements

• Studium des Chemie-Ingenieurwesen, Verfahrenstechnik, oder ähnlichen Ingenieurstudiengängen
• Kenntnisse im Bereich der Datenauswertung mit Matlab von Vorteil
• Freude am experimentellen Arbeiten

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Parallelisation of an algorithm for projection data reassignment

Student practical training / Student Assistant / Holiday job

With the spatial high resolution gamma-ray computed tomography measurement system for high energy gamma radiation (662 keV) dense objects with up to a diameter of 700 mm can be no-destructively analysed with an in-plane resolution of approximately 2 mm. The available single core C++ program (32-bit compiler) has to be analysed concerning parallelisation, i.e. multi core CPU and/or many core GPU) and has to be optimised.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Requirements

- Handling with CUDA (NVIDIA)
- Handling with LINUX UBUNTU
- Advanced mathematic knwoledge

Links:

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Implementation of a performance optimized ray reassignment algorithm

Student practical training / Bachelor theses / Student Assistant

With the available ultrafast X-ray electron beam computed tomography scanner of the HZDR up to 8000 non-superimposed cross-sectional images can be contactless obtained per second. For an effective implementation of standard reconstruction algorithms a ray reassignment must be performed on GPUs.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Requirements

- Handling with CUDA (NVIDIA)
- Handling with LINUX Ubuntu
- Advanced mathematic knowledge

Links:

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Experimental studies on the partial oxidation of Isobutane with oxygen in a micro reactor, as well as their analysis.

Student practical training / compulsory internship

The Institute of fluid dynamics in the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZG) deals among other things with the experimental investigation and simulation of chemical processes of multi phase.
In the framework of the energy Alliance project "energy-efficient chemical multiphase processes" examines the partial oxidation of Isobutane in liquid or of supercritical phase with oxygen by means of a specially designed micro reactor to TBHP. This to the influence of different initiators, pressures, temperatures, additives and reactant ratios etc. are examined. The reaction product is analysed using gas chromatography mass spectrometry (GC-MS).
The Working Group process chemistry of Department experimental Tuhh offers for one or two semester students of the departments of chemical engineering, chemistry, physics, engineering, or similar professional orientation activities with a focus on technical, analytical, and physical chemistry.

Analytical examinations by GC-MS.

Ø Studies on the stability of the samples, reproducibility, precision and accuracy of measurements and evaluation.

· Performing the reaction under variation of one of the specified parameters.

Ø Response technical studies on the influence of one of the above reaction parameters and evaluation.

· Performing the reaction under variation of one of the specified parameters.

Ø Response technical studies on the influence of one of the above reaction parameters and evaluation.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Dr. Willms, Thomas, Dr. Kryk, Holger

Requirements

• Student of the departments of chemical engineering, chemistry, physics, engineering or similar professional orientation.
• High accuracy and care at work.
• Hard work and joy in experimental work.
· Student of the departments of chemical engineering, chemistry, physics, engineering or similar professional orientation.

Conditions

at least 5 month, begin as of now possible

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Untersuchung des Einflusses von Regularisierungsmethoden auf Bildrekonstruktionsalgorithmen

Student practical training / Bachelor theses / Master theses / Diploma theses

Bei der tomographische Bildrekonstruktion muss ein diskretes inverses Problem gelöst werden, wofür algebraische Methoden wie zum Beispiel ART und CG-Verfahren verwendet werden können. Dabei spielt die Regularisierung, die den Einfluss von Diskretisierungsfehler und Messdatenrauschen auf die Lösung beschränkt, eine entscheidende Rolle. Deren Einfluss auf die Bildrekonstruktion von Röntgen- und Gamma-CT-Messdaten soll untersucht werden. Dazu sind folgende Teilaufgaben zu lösen:
• Implementierung verschiedener Regularisierungsmethoden
• Anwendung der Programme auf Messdaten
• Parameterstudien um die Regularisierungsmethoden für die Messdatensätze zu optimieren.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Wagner, Michael, Dr. Bieberle, Martina

Requirements

• Programmierkenntnisse in MATLAB
• Grundkenntnisse zur numerischen Behandlung linearer Gleichungssysteme

Links:

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