Practical trainings, student assistants and theses

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Modellierung des Stofftransportes und der Vermischung reaktiver Spezies in Blasenströmungen

Diploma theses / Student Assistant / compulsory internship

Blasensäulen sind aufgrund ihrer einfachen Bauweise ein beliebter Reaktortyp in der chemischen Industrie. Der Umsatz und die Selektivität einer chemischen Reaktion in Blasenströmungen sind im wesentlichen durch die Stofftransportvorgänge an der Phasengrenzfläche sowie die Vermischung der reaktiven Spezies im Blasennachlauf und der Kernströmung bestimmt, welche wiederum eng an die Hydrodynamik und Reaktionskinetik gekoppelt sind. Im Rahmen einer studentischen Arbeit soll der Stoffübergang und die Vermischung der reaktiven Spezies modelliert und ihr Einfluss auf Ausbeute und Selektivität bestimmt werden.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Kipping, Ragna

Requirements

• Studium der Verfahrenstechnik, des Chemie-Ingenieurwesens oder ähnlicher Fachrichtung
• Kenntnisse in Matlab von Vorteil
• strukturierte und selbstständige Arbeitsweise

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Investigating the effects of surface roughness on the microlayer evaporation of nucleated bubbles

Student practical training / Master theses

Evaporation of microlayer is one of main contributions to the bubble growth. The microlayer is a micro meter scale thin liquid layer underneath a nucleated bubble over heated surface. Heat transfer surface characteristics play a crucial role in the formation and the vaporization of this layer. The effects of surface characteristics, especially the roughness effects on the microlayer thickness did not receive that much research interest. The present study aims to predict the surface roughness effects on the initial microlayer thickness during the microlayer formation and it’s contribution to the bubble growth. An experiment will be performed in a borosilicate glass vessel. Bubbles will generate from artificial cavity on a laser treated stainless steel surface. The laser treated surfaces will influence the microlayer formation and bubble growth. An empirical expression will be developed to capture the initial microlayer thickness as a function of surface roughness profile (height in this work).

Investigation process: experimental and numerical

- Capturing nucleated bubble of degassed deionized water using high-speed imaging techiques for different heaters
- Processing the captured results using image processing tools
- Consideration of uncertainities related to experiment and data processing
- Analyzing experimental data setup
- Numerical calculation of associated heat transfers using MATLAB
- Development of an empirical correlation based on experimental data.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Sarker, Debasish, Dr. Ding, Wei

Requirements

• Academic studies in the field of process engineering, chemical engineering, mechanical engineering or comparable fields of study.
• Knowledge in heat and mass transfer phenomena
• Expertise in MATLAB or similar coding

Conditions

• Literature research – nucleate bubble dynamics
• Experiment using imaging techniques
• Processing the experimental results
• Analyzing the results

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Potential for a German ammonia economy

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

As part of the Energiewende, the Institute for Fluid Dynamics at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) is adapting energy intensive processes for the production of chemicals to be supplied only with electricity from renewable resources.
Ammonia is the second most produced chemical worldwide and the basis of all nitrogen-based fertilizers. It has also been proposed as an energy carrier alternative to hydrogen. Ammonia produced using renewable resources is more expensive than the conventional one, but it compares favorably to hydrogen and other energy storage technologies such as lithium ion batteries.
The objective of the thesis is to evaluate the economic feasibility of producing ammonia using renewable energies in Germany (or any other European country).

Task:
• Production costs of renewable hydrogen and ammonia.
• Production costs of other H and N based-fuels: ammonium hydroxide and urea, methanol.
• Distribution costs for the aforementioned fuels.
• Wells-to-wheels economic assessment.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Dr. Rodriguez Garcia, Gonzalo, Dr. Kryk, Holger, Prof. Dr. Hampel, Uwe

Requirements

• Student of Chemical or Process Engineering, Energy Technology (Renewable Energy Systems), Business Engineering or similar.
• High level of English.

Conditions

• 4-6 Months
• Starting as soon as possible

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Feasibility of a renewable powered N-fertilizer pro-duction in Germany

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

As part of the Energiewende, the Institute for Fluid Dynamics at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) is adapting energy intensive processes for the production of chemicals to be supplied only with electricity from renewable resources.
Ammonia is the second most produced chemical worldwide and the basis of all nitrogen-based fertilizers. Novel production paths include the combination of Haber-Bosch synthesis and water electrolysis as well as solid state ammonia synthesis.
The objective of the thesis is to evaluate the technical feasibility of operating an ammonia production facility using one of the aforementioned technologies in combination with a renewable energy source.

Tasks:
• Collect data on ammonia production using renewable energies.
• Conduct an energy balance of a wind farm/solar farm capable of covering all electricity and N-fertilizer needs.
• Evaluate the combined use of battery storage and wind turbines for an island grid.
• Assess the feasibility of producing fertilizers other than ammonia using also renewable energies.

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Dr. Rodriguez Garcia, Gonzalo, Dr. Kryk, Holger, Prof. Dr. Hampel, Uwe

Requirements

• Student of Chemical, Process or Electrical Engineering, Energy Technology (Renewable Energy Systems) or similar.
• Experience with Aspen Plus, ChemCAD or similar is not required, but desirable.
• High level of English.

Conditions

• 4-6 Months
• Starting as soon as possible

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Experimentelle Labor-Untersuchungen zur Zink-korrosion in borsäurehaltigen Kühlmittellösungen sowie zur späteren Abscheidung von Zinkboraten an Heißstellen im Kühlkreislauf

Student practical training / compulsory internship

Allgemeine Beschreibung:
Das Institut für Fluiddynamik im Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) beschäftigt sich unter anderem mit Fragen der Optimierung der Si-cherheit von Notkühlsystemen, welche bei Störfällen in AKW’s zum Einsatz kommen.
Im Rahmen eines hierzu derzeit laufenden Forschungsprojektes soll u.a. mit Hilfe von Versuchen im Labormaßstab untersucht werden, wie schnell Zinkbleche oder verzinkte Stahlteile in üblichen borsäurehaltigen Kühlmittellösungen von Kernkraftwerken korrodieren.
Weiter soll ermittelt werden, ob und wie stark sich dabei gebildete Zinkborate später an Heißstellen des so simulierten Notkühlkreislaufes abscheiden können und ob es dadurch zu Verblockungen in Kühlkanälen kommen könnte.
Die Versuchsreihen sollen hauptsächlich in einer für diese Zwecke bereits aufgebauten Labor-Versuchsanlage durchgeführt werden. Dabei sollen die Einflüsse verschiedener Parameter wie unterschiedliche zeitliche Temperaturverläufe oder Strömungsgeschwindigkeiten mit berücksichtigt werden, welche aus Abschätzungen zu verschiedenen Störfall-Szenarien von Kernkraft-werken bekannt sind.
Für die Durchführung und Auswertung dieser Versuche werden solide chemische und technische Grundkenntnisse benötigt. Selbstverständlich erfolgt dazu eine gründliche Einarbeitung und fachliche Betreuung durch zuständige Mitarbeiter der Arbeitsgruppe.
Die Arbeitsgruppe Verfahrenschemie der Abteilung Experimentelle Thermo-fluiddynamik bietet für einen Studenten der Studiengänge Chemie-Ingenieurwesen, Chemie, Physik, Verfahrenstechnik oder ähnlicher fachlicher Ausrichtung eine Praktikumstätigkeit mit den Schwerpunkten technische, analytische und physikalische Chemie.

Mögliche Aufgaben:
• Durchführung und Auswertung von Laborexperimenten mit einer Versuchsanlage zur Untersuchung der Zinkkorrosion in borsäurehaltigen Kühlmittellösungen.
• Untersuchungen zur Geschwindigkeit der Zinkauflösung/ Zinkfrei-setzung in Abhängigkeit verschiedener, zeitlich veränderlicher Parameter wie Temperatur, Strömungsverhältnisse oder Änderungen in der Kühlmittelchemie.
• Parallel dazu die Untersuchung von Zinkboratabscheidungen an Heißstellen in der kombinierten Labor-Versuchsanlage

Department: Experimental Thermal Fluid Dynamics

Contact: Dr. Kryk, Holger, Dr. Harm, Ulrich

Requirements

• Student(in) der Studiengänge Chemieingenieurwesen, Chemie, Phy-sik, Verfahrenstechnik oder ähnlicher fachlicher Ausrichtung.
• Hohe Genauigkeit und Sorgfalt bei der Arbeit.
• Fleiß und Freude am experimentellen Arbeiten.

Conditions

Nach Vereinbarung, möglich ab Februar 2017 oder später.

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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

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 / Bachelor theses / Master theses / Diploma theses / Student Assistant

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 6 month, begin as of now possible

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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

Links:

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