Practical trainings, student assistants and theses

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Experimental visualisation of particle-bubble interactions

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

Froth flotation is a separation process which plays a major role in the mining industry. Bubble-particle interactions are the very heart of this process, largely used for the capture of valuable commodities such as rare earth metals. The Institute of Fluid Dynamics of the research centre Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (Germany) is making a bold move towards investigating the capture of mineral particles by rising bubbles. The Institute seeks a student to deploy high-speed imaging techniques and to observe the collision and attachment of particles falling on a bubble surface.

Tasks:
•Literature survey on particle attachment to bubble surface and froth flotation
•Visualisation with a high-speed camera of the attachment of falling solid particles on the surface of bubble
•Image processing of particle-bubble interactions

Duration: 6 Months

Financial compensation: yes

Language course: The HZDR offers German courses free of charge (not compulsory)

International applications: Yes, we welcome international applicants. It is preferable if the present internship is a compulsory part of your studies.

References
[1] Lecrivain G., et al., Attachment of solid elongated particles on a gas bubble surface. International Journal of Multiphase Flow 71, p. 83-93, 2015
[2] Lecrivain G., et al., Direct numerical simulation of a particle attachment to an immersed bubble. Physics of Fluids 28, 083301, 2016

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Dr. Lecrivain, Gregory

Requirements

•Interest in fluid mechanics
•High level of autonomy
•Enthusiasm for experimental work

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Auswertung von Experimenten zur Untersuchung des Übergangs vom Blasen- zum Filmsieden

Bachelor theses / Master theses / Diploma theses

Siedevorgänge spielen in verfahrenstechnischen Prozessen eine zentrale technologische und wirtschaftliche Rolle. Eine zuverlässige und präzise Beschreibung dieser Phänomene ist von entscheidender Bedeutung für die Sicherheit und Effizienz industrieller Anlagen.
Die Beschreibung von komplexen Wärmeübergangsprozessen mit Methoden der Strömungssimulation gewinnt zunehmend an Bedeutung. Zur Unterstützung der Softwareentwicklung für die Beschreibung des Übergangs von Blasen- zu Filmsieden werden am HZDR Kältemittelexperimente im Bereich sehr hoher Wärmeströme durchgeführt. Für die Messungen werden eine Infrarotkamera und ein ultraschneller Röntgentomograph eingesetzt.
• Mitwirkung an Versuchsserien.
• Auswertung von Prozess- und Bilddaten.
• Aufstellen von Energiebilanzen.
• Entwicklung von Methoden zur Bilddatenverarbeitung.
• Automatisierung der Auswertung der gewonnenen Daten.
• Vergleich der Versuchsergebnisse mit etablierten Modellen.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Geißler, Thomas

Requirements

• Studium im Bereich Verfahrenstechnik, Chemieingenieurwesen, Maschinenbau, Physik.
• Kreative Problemlösefähigkeiten.
• Integrationswille in eine bestehende Arbeitsgruppe.
• Sicherer Umgang mit Bürosoftware, Kenntnisse Programmierung.

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Untersuchung der Fluiddynamik von Zweiphasenströmungen in Kolonnen mit Anstaupackungen

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

In der chemischen Industrie werden Kolonnen mit strukturierten Packungen häufig eingesetzt. Eine Möglichkeit den Kontakt zwischen Gas- und Flüssigkeitsphase zu intensivieren, bieten Anstaupackungen. Durch die Kombination von Packungen mit unterschiedlicher geometrischer Oberfläche entstehen verschiedene Strömungsbilder (Blasenströmung, Sprudelschicht, Filmströmung), was sich positiv auf die Durchmischung der Phasen auswirkt.

An einer bereits vorhandenen Versuchsanlage soll die spezielle Fluiddynamik von Anstaupackungen charakterisiert werden. Der Flüssigkeitsinhalt und die Verteilung der beiden Phasen im Querschnitt werden mittels der am HZDR entwickelten ultraschnellen Röntgentomographie ermittelt. Desweitern erfolgen Messungen des Druckverlusts in verschiedenen Höhen der Kolonne.

Im Rahmen einer studentischen Arbeit sollen umfangreiche Messungen an der Versuchsanlage durchgeführt werden. Das Anfertigen einer Beleg- oder Abschlussarbeit ist nach Absprache möglich.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Sohr, Johanna

Requirements

• Studium der Verfahrenstechnik, des Chemie-Ingenieurwesens oder ähnlicher Fachrichtung
• Freude am experimentellen Arbeiten
• Kenntnisse im Bereich der Datenauswertung mittels Matlab von Vorteil
• strukturierte und selbstständige Arbeitsweise

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Tracking of autonomous, flow following sensor particles

Master theses / Diploma theses / Student Assistant

Foto: AutoSens_StirredReactor ©Copyright: fwdf (Mailgruppe)Autonomous 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 task is focussed on the development of algorithms for reconstruction of the 3D movement trajectory of sensor particles based on data from the onboard inertial sensors, namely acceleration, angular rate and magnetic field, and an additional sensor for vertical position as function of the hydrostatic pressure. A favored approach is based on inertial navigation techniques that apply Bayes filters, e.g. Kalman filters, to fuse the sensor data. The developed algorithms are to be validated experimentally.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Dr. Reinecke, Sebastian

Requirements

• study programs in the fields of electrical engineering, mechatronics, mechanical engineering and related degree programs
• fundamentals of digital signal analysis, Bayes' filters, Kalman-filters, rigid body motion
• experimental skills
• data analysis in Matlab, Octave or C/C++
• self-regulating, independent work methods

Conditions

Master/Diplom:
- 2-3 months of orientation/training is mandatory
student assistent:
- part time work is possible

Links:

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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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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 / Bachelor theses / Student Assistant

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

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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

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

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

Bubble 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 proebes 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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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

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Hydrodynamische Charakterisierung einer Wirbelschicht anhand tomographischer Bilddatensätze

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Foto: ROFEX CAD ©Copyright: Dr. Frank BarthelDie Hydrodynamik von Wirbelschichten ist Gegenstand der Forschung, um die Modellierung und Simulation granularer Prozesse weiter zu verbessern. Dazu wurden Untersuchungen mit ultraschneller Röntgentomographie an einem experimentellen Wirbelschichtaufbau durchgeführt und Informationen über den Phasengehalt und Gasblasengrößen extrahiert. In einer vertieften Analyse sollen nun weitere charakteristische Größen bestimmt und u.a. folgende Teilaufgaben gelöst werden:
• Anpassung vorhandener Bildverarbeitungsalgorithmen an die Anforderungen der beschriebenen Problemstellung
• Entwicklung einer Systematik zur Parameterextraktion
• Implementierung der Algorithmen und Auswertung der Datensätze

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Dr. Bieberle, Martina

Requirements

• Studium der Mathematik, Informatik oder einer Ingenieurwissenschaft
• Programmierkenntnisse in MATLAB und C/C++
• Vorkenntnisse in Bilddatenverarbeitung sind hilfreich

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