Practical trainings, student assistants and theses

Nucleate boiling is one of the most efficient heat transfer modes and is widely used in industrial applications, such as nuclear reactor, boiler, electronics cooling system and batteries thermal management. During the boiling process, a large amount of heat is removed from the wall due to the presence of intensive phase change. The heat transfer in the nucleate boiling process is strongly dependent on the bubble dynamics, including bubble generation, growth, departure and detachment. In particular, the evaporation from the microlayer shows great potential to enhance the heat transfer performance. However, the experiment comparable simulation of the microlayer profile and the evaporation performance in the nucleate boiling are still not lacking, which significantly restricts our understanding of the nucleate boiling. Based on our previous results, a large part of the reason is that the surface molecular effects are long-standing ignored. In this project, the dynamics of a single bubble in the nucleate boiling will be investigated by using DNS simulation. The effect of surface structures on the microlayer profile and bubble growth are our focuses.

Tasks:

• Literature review of the microlayer simulation in the nucleate boiling process
• Implementation of our previous contact line model in the DNS simulation
• DNS simulation of nucleate boiling on horizontal surfaces
• DNS simulation of nucleate boiling on structured surfaces
• Analysis of the surface structure effects in terms of heat transfer and bubble dynamics

• Experienced in fluid dynamics simulations, e.g., fluent, CFX
• Academic studies in the field of fluid mechanics, chemical engineering, mechanical engineering or comparable fields of study.
• Knowledge in fluid dynamics, heat and mass transfer phenomena

Bearbeitungszeit: 6 Monate (Beginn ab sofort möglich)

Das Institut für Fluiddynamik des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) beschäftigt sich unter anderem mit Fragen der Modellbildung und Simulation von verfahrenstechnisch eng gekoppelten Power-to-X-Systemen bestehend aus den Teilprozessen Hochtemperaturelektrolyse (Solid Oxide Electrolyzer Cells) und heterogen katalysierten Syntheseprozessen von Energieträgern der Zukunft (Methan, Methanol, usw.) unter stofflicher Nutzung anthropogener Kohlenstoffdioxidemissionen und regenerativ produziertem Strom. Mit Hilfe der Software Aspen Plus soll ein Prozessmodell des Sabatier-Prozesses zur Herstellung von Methan aus CO2 und H2 samt vorgeschalteter Hochtemperaturelektrolyse und aller relevanten peripheren Prozesskomponenten (Wärmetauscher, Kompressoren, Verdampfer, usw.) entwickelt werden.

Zur Realisierung dieser Aufgabe bietet die Abteilung Experimentelle Thermofluiddynamik für Studenten der unten genannten Studiengänge studienbegleitende Tätigkeiten zur beschriebenen Thematik an. Die Voraussetzung ist die Anfertigung einer Diplom- oder Masterarbeit.

Folgende Teilarbeiten sind durchzuführen:

• Ausführliche Literaturrecherche zu den nachfolgenden Teilaufgaben,
• Entwicklung eines stationären Prozessmodells einer Hochtemperaturelektrolysezelle samt relevanter Peripherie in Aspen Plus,
• Entwicklung eines stationären Prozessmodells der Methanisierung von H2 und CO2 (Sabatier-Prozess) samt relevanter Peripherie in Aspen Plus,
• Kombination beider Teilprozesse unter Berücksichtigung geeigneter Schnittstellen zu weiteren Prozessschritten,
• Simulation und Validierung beider Teilprozesse und des Gesamtprozesses anhand von Literaturdaten.

• Student(in) der Studiengänge Wirtschaftsingenieurwesen, Chemieingenieurwesen, Verfahrenstechnik, Energietechnik, Maschinenbau oder ähnlicher fachlicher Ausrichtung,
• Idealerweise Erfahrungen/Kenntnisse in verfahrenstechnischer Modellierung in Aspen Plus,
• Sorgfältige und selbstständige Arbeitsweise,
• Freude an der wissenschaftlichen Arbeit.

Bearbeitungszeit: 6 Monate (Beginn ab sofort möglich)

The DeltaX student laboratory makes research at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf an experience for students. We are looking for tutors who enjoy teaching science, research and technology and who would like to support students conducting their experiments. Apply as a student assistant in the DeltaX school laboratory and become part of a young and open-minded team.

• Study of a scientific subject
• Remaining study duration of at least 2 semesters
• Pleasure in teaching science and research- Good to very good grades
• Very good knowledge of German (B2 / C1 level)

• 5 - 10 h / week on whole weekdays
• Start of hiring according to agreement

Antibubbles are liquid droplets that are surrounded by a gas film, again suspended in liquid. This makes them virtually the opposite of soap bubbles (liquid film, gas outside and inside). They occur frequently in everyday life, but are very short-lived. In surfactant solutions, for example when doing the dishes, their lifetime can be much longer. This depends on the properties of the gas-liquid interface. The interactions between several antibubbles have not yet been investigated.
In collaboration with the Helmholtz Institute Freiberg for Resource Technology (Dr. Martin Rudolph), the dynamics of several antibubbles will be investigated via different optical measurement methods. First, defined conditions for the production of the antibubbles are to be found: Testing of different surfactants, variation of density ratio/density gradients, viscosity and composition of the inner and outer aqueous phase.
Subsequently, the interaction of several antibubbles during approach and collision will be recorded. The following spectrum of measurement methods is available and can be used for different aspects of this topic: Microscopy with high-speed camera, schlieren and shadowgraph methods, particle image velocimetry, tensiometry, pycnometry and viscosity measurement.

• Field of study: process engineering, chemical engineering, fluid mechanics, or similar orientation in physics/chemistry
• Laboratory experience
• Experience with optical measurement techniques/image analysis is advantageous
• High motivation and interest in the subject
• Good oral and written communication, independent working style

• Duration min. 4 months, payment corr. HZDR regulations, workplace: TU Dresden

Experimental Thermal Fluid Dynamics at the Institute of Fluid Dynamics has an exciting internship position. The candidate will work on part of the experimental study of particle resuspension from the surface. He/she is responsible to work with the microscopic camera and do image processing to find the number of micrometer particles on a surface. This work is part of the experimental test of particle resuspension which will carry out in the Wind Tunnel Laboratory of the Department of Aerospace and Mechanical Engineering at
The University of Liege. The candidate also is required to work closely with our technician team for setting up the experimental equipment.

Very good university grades
Personal commitment, ability to work in a team, good experimental skills
The willingness to work with image processing software
Very good English language skills

Kindly send your completed application (CV, diplomas/transcripts, etc.)

Tray columns are used for thermal separation of multicomponent mixtures in the chemical industry. Owing to increased energy supply from renewable sources a more flexible operation of such apparatuses is already demanded. However, enlarged over- and underload modes are challenging with respect to design. Basically, computational fluid dynamics provide a powerful support by predicting the complex two-phase flow on the tray. Nevertheless, further developments are particularly needed for valve trays in order to reliably simulate macroscopic flow scenarios.
Within the frame of a current research project we offer a student internship position for establishing a multi-phase CFD set-up that maps the individual gas inlets by point-like mass and momentum sources. Special focus is put on the influence of different valve geometries and experimental data is available from a parallel student project.

• studies in chemical/process/energy/mechanical/computational engineering
• substantiated knowledge in the field of CFD, preferably OpenFOAM
• creativity
• good written and oral communication skills in English and German

• start: from May 2021
• working in a multi-disciplinary team
• remuneration according to HZDR internal regulations

Das Institut für Fluiddynamik des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) beschäftigt sich unter anderem mit Fragen der Modellbildung und Simulation von verfahrenstechnisch eng gekoppelten Power-to-X-Systemen bestehend aus den Teilprozessen Hochtemperaturelektrolyse (Solid Oxide Electrolyzer Cells) und heterogen katalysierten Syntheseprozessen von Energieträgern der Zukunft (Methanol, Methan, usw.) unter stofflicher Nutzung anthropogener Kohlenstoffdioxidemissionen und regenerativ produziertem Strom. Auf Basis eines existierenden transienten Systemmodells eines kleinskaligen Power-to-Methanol-Prozesses in der Softwareumgebung Matlab SIMULINK soll ein techno-ökonomisches Teilmodell entwickelt werden, um die Wirtschaftlichkeit der dezentralen Produktion von Methanol unter verschiedenen Marktsituationen zu bewerten.

Zur Realisierung dieser Aufgabe bietet die Abteilung Experimentelle Thermofluiddynamik für Studierende der unten genannten Studiengänge studienbegleitende Tätigkeiten zur beschriebenen Thematik an. Die Voraussetzung ist die Anfertigung einer Diplom- oder Masterarbeit.

Folgende Teilarbeiten sind durchzuführen:

• Ausführliche Literaturrecherche zu den nachfolgenden Teilaufgaben,
• Entwicklung eines vereinfachten stationären Teilmodells zur destillativen Trennung des dezentral produzierten Rohmethanols (Bspw. mit Aspen Plus bzw. Matlab SIMULINK) zur Bewertung des zur Trennung notwendigen Energiebedarfs,
• Entwicklung eines techno-ökonomischen Modells in Matlab SIMULINK zur Bewertung der OPEX/CAPEX des dezentralen Gesamtprozesses und der Ableitung des potentiellen Methanolpreises für den fluktuierenden Betrieb in einem regenerativen Energiesystem.

• Student (w/m/d) der Studiengänge Wirtschaftsingenieurwesen, Chemieingenieurwesen, Verfahrenstechnik, Energietechnik, Maschinenbau oder ähnlicher fachlicher Ausrichtung,
• Idealerweise Erfahrungen/Kenntnisse in verfahrenstechnischer Modellierung und/oder techno-ökonomischer Systembewertung sowie Grundkenntnisse in Matlab und/oder Aspen Plus,
• Sorgfältige und selbstständige Arbeitsweise,
• Freude an der wissenschaftlichen Arbeit,
• Gute Englischkenntnisse.

Die Bearbeitungszeit beträgt 6 Monate (Beginn ab sofort möglich)

Wir beschäftigen uns mit der Entwicklung von PET-Radiotracern, die Rezeptoren im Tumormikromilieu (TME = tumor microenvironment) für die Diagnostik und Therapie von Krebs sichtbar machen. Dazu werden geeignete tumoraffine Leitstrukturen identifiziert (niedermolekulare organische Moleküle, Peptide und Peptidomimetika), synthetisiert und mit einem geeigneten Radionuklid kovalent (z.B. Fluor-18, Iod-123) oder über einen Chelator (z.B. Gallium-68, Lutetium-177) markiert. Diese Radioliganden werden in vitro an Tumorzelllinien und in vivo im Tiermodell hinsichtlich einer Anwendung in der Nuklearmedizin getestet. Langfristiges Ziel ist die Translation der entwickelten Radiotracer in die Klinik als Diagnosewerkzeug (PET/CT) oder nach Markierung mit einem Beta- oder Alphastrahler für die Endoradiotherapie von Tumorerkrankungen.
Im Rahmen eines Studentenpraktikums oder einer Abschlussarbeit (Bachelor/Master/Diplom) sollen organische Wirkstoffmoleküle synthetisiert und für eine anschließende radiochemische Markierung modifiziert werden. Die neuen Radioliganden werden dann biologisch in vitro und in vivo untersucht.

• Studium der Chemie mit abgeschlossenem Bachelor
• Gute Noten in organischer Synthesechemie
• Fähigkeit sich in ein interdisziplinäres Wissenschaftler-Team einzugliedern
• Bereitschaft zum Umgang mit Radioaktivität
• Gute Kenntnisse der deutschen und englischen Sprache

• Beginn nach Absprache jederzeit möglich
• Praktikumsdauer mindestens 8 Wochen, mit möglichst täglicher Anwesenheit (keine wiss. Hilfskräfte)
• Vergütung erfolgt nach HDZR-Richtlinien

Data acquisition in large industrial vessels such as biogas fermenters or wastewater treatment plants is limited to local measurement points due to limited access to the vessel and the non-transparency of the fluid. To optimize these kinds of vessels, the three-dimensional flow field and the spatial distribution of fluid properties such as temperature and electrical conductivity inside the vessel must be known. This can be achieved by the autonomous flow -following sensor particles developed by the HZDR. Equipped with a pressure sensor, an accelerometer, two gyroscopes and a magnetometer, the sensor particle can track the movement inside the vessels and derive the flow field from that. The sensor particle also feature an actuating buoyancy control unit. For the investigation of smaller vessels a smaller version of the sensor particle is needed. The objective of this master thesis is to hard- and software develop, manufacturing and test of a miniature flow tracking sensor. This includes the following tasks, based on the existing multi-parameter sensor concept:

• Picking a suitable microcontroller (MC) to perform the data acquisition
• Design of the schematic and layout of the printed circuit board which includes the above mentioned sensors, a battery with a wireless charging concept, data storage on an SD-card
• Design the casing
• Assemble the board and the casing
• Implementing the data acquisition on the MC
• Test the sensor particle in a lab scale vessel

• Studies in electrical engineering, mechatronics, mechanical engineering and similar engineering courses
• Experience in programming microcontrollers for embedded systems (e.g. STM32)
• Experience in board design for embedded systems

Schwingungsanalyse
Das Maschinenkonzept ist durch um eine vertikale Achse rotierende Teile in Form eines zylindrischen Behälters mit Einbauten charakterisiert. Der Schwingungsanalyse kommt dabei eine wesentliche Rolle zu. Ohne vorherige numerische Berechnung der Eigenfrequenzen der rotierenden Bauteile, die letztlich das ganze Maschinenverhalten bestimmen, und dem Ergreifen geeigneter konstruktiver Maßnahmen zur Dämpfung der Eigenschwingungen ist es unmöglich, eine betriebssichere Maschine herzustellen.
Diese Eigenfrequenzen können numerisch berechnet werden, wobei das Berechnungsspektrum alle Betriebszustände umfasst (Hochlauf auf Nenndrehzahl, Betrieb auf Nenndrehzahl, Stopplauf, Änderung der Betriebsdrehzahl, etc.). Aus den berechneten Frequenzen können nach eingehender Bewertung von Amplitude und Schwingungszustand geeignete konstruktive Maßnahmen abgeleitet werden, sodass ein Systemversagen durch eine Resonanzhavarie ausgeschlossen werden kann.

Zur Untersuchung der dynamischen Einflüsse zum Schwingungsverhalten der Versuchsanlage soll eine Berechnung mechanischer Schwingungen am Gestell mit einem zu erstellenden Rechenmodell erfolgen. Daraus abgeleitet sollte eine Abschätzung zu zulässigen Unwuchten bzw. anzubringenden Auswuchtgewichten der Versuchsmaschine getroffen werden.
Die theoretische Schwingungsanalyse für den Entwurf der MRI-Maschine soll als Parameter-Studie mit der Finite Elemente Methode (FEM) durchgeführt werden. Das Ziel ist, herauszufinden, wie sich die Eigenfrequenz der Maschine in Abhängigkeit der Parameter ändert.
Für die FEM - Berechnung ist ein geeignetes Modell zu finden. Unter rein mechanischen Gesichtspunkten sind die kritischen Drehzahlbereiche der Versuchsanlage anhand einer Parameterstudie abzuschätzen. Die zu variierenden Parameter sollen den Einfluss der Lageranordnung, der Masse des Überhanges und die Steifigkeit der Wellen berücksichtigen.
Hinsichtlich möglicher Einflussgrößen wie Lagerreibung und Aerodynamik soll eine Abschätzung für die Leerlauf- und die Nennleistung bei höheren Geschwindigkeiten erfolgen.
Neben räumlichen Gegebenheiten sind überlagerte Momente charakteristisch für die Aufgabenstellung.

Kenntnisse: FEM-Berechnung

Beginn: ab sofort

Background:
Granular mixing is an important industrial process. In the pharmaceutical industry for instance, the powder that is pressed to make tablets is produced by mixing precise quantities of active substances and excipients in granular state. The mixing needs to be done in such a way that the final powder has a homogeneous composition. Tablets may also need to be coated in a pan coater. Granular mixing also plays a crucial role there, as it greatly affects the thickness of the coating. Granular mixing is also often coupled with heat exchanging and solid-gas or solid-solid reactions, as is the case of rotary kilns in the cement, ceramics and metallurgical industries. The quality of the mixing is then a crucial factor to the efficiency of the overall process.

Objectives:
The objective of the work is to experimentally study the mixing process of two different types of granular particles inside a rotating drum under various operating conditions. More specifically, the mixing process is to be captured with a high-speed camera. The videos are then to be post-processed in order to extract characteristics of the particle velocity fields and mixing efficiency. The mixing facility is already available.

Tasks:

• Literature survey
• Mixing experiments under various operating conditions
• Post-processing of the results with MATLAB

• Student of natural sciences or engineering
• Willingness to conduct experimental work

Duration: 6 months
Remuneration: available

Die gezielte Behandlung von Tumorerkrankungen erlangt zunehmend an Bedeutung. Die eng mit der radiopharmazeutischen Forschung verknüpfte Nuklearmedizin ist auf die Anwendung radiomarkierter Verbindungen (Radiopharmaka) für die Tumordiagnostik und -therapie spezialisiert. Dabei wird ein bestimmtes Radionuklid entweder direkt am Molekül oder stabil in einem Komplexbildner gebunden und an ein biologisch aktives Molekül geknüpft (Peptid, Antikörper...). Das Radiopharmakon bindet dann spezifisch an bestimmten Zellen (z.B. Knochenzellen, Tumorzellen...). Während zur diagnostischen Bildgebung Gamma- und Positronenemitter eingesetzt werden, kommen für therapeutische Anwendungen ausschließlich Betaemitter und Alphaemitter zum Einsatz. Vor allem letztere zeichnen sich dadurch aus, Krebszellen höchst effizient zu zerstören und gleichzeitig das umliegende Gewebe bestmöglich zu schonen. Nennenswerte Vertreter der Alphaemitter sind die beiden Radiumisotope Radium-223/-224 sowie Actinium-225. Für Radium-223/-224 existiert mit Barium-131 ein in unserer Gruppe etabliertes, diagnostisches Analogon, welches im gleichen Konjugat anwendbar ist.
In diesem Forschungsprojekt sollen neue Chelatoren für Barium und Radium auf Basis von Azakronenethern synthetisiert werden. Das Hauptziel ist es, anschließend die Radiomarkierung dieser Chelatoren zu testen und zu optimieren. Der vielversprechendste Chelator wird dann schlussendlich an ein Biomolekül gebunden, um biologische Untersuchungen in vitro und in vivo zu ermöglichen.

• Studium der Chemie oder eines artverwandten Studiengangs
• Erfahrungen im Bereich der Synthesechemie und Analytik
• Interesse an der wissenschaftlichen Arbeit in einem interdisziplinären Team
• Bereitschaft zum Umgang mit Radioaktivität
• Gute Kommunikationsfähigkeiten in Wort und Schrift (deutsch & englisch)

• Beginn ist nach Absprache ab sofort möglich
• Praktikumsdauer mindestens 8 Wochen
• Vergütung nach internen HZDR-Regelungen

Data acquisition in large industrial vessels such as biogas fermenters or wastewater treatment plants is limited to local measurement points due to limited access to the vessel and the non-transparency of the fluid. To optimize these kinds of plants, the three-dimensional flow field and the spatial distribution of properties such as temperature and electrical conductivity inside the vessel need to be known. This can be achieved by the autonomous flow-following sensor particles developed by HZDR. Equipped with a pressure sensor, an accelerometer, two gyroscopes and a magnetometer, the sensor particle can track the movement inside the vessels and to infer the flow field from that. The analysis of the data is done after a successful recovery from the vessel. Therefore, algorithms of any complexity can be used to track the motion of the sensor particle.

For the extension and especially for the improvement of the motion tracking we offer the following tasks, from which we can agree on a topic for a thesis or an internship:

• Development of motion tracking algorithms
• Characterization and error correction of the sensors
• Intelligent sampling for the sensors
• Experimental investigation of the maximal acceleration on a stirrer
• Development of firmware to cover several data acquisition scenarios
• Development of an end-user program for the configuration and data analysis of the gathered data

Studies in the area of electrical, mechatronic, mechanical engineering or similar

• Basics of measurement uncertainty, digital signal processing
• Data analysis in Python
• Independent and structured way of working

Start possible at any time
Duration according to the respective study regulations

Horizontal gas-liquid flows occur in a variety of processes in energy and process engineering. According to the type of fluids, operating conditions and geometrical aspects different flow patterns are observed. These can be identified successfully by means of online monitoring systems when using appropriate measurement techniques and data processing algorithms.
Within the frame of an internship further investigations will focus on the predictability of the future development of the flow patterns on the basis of currently measured data. For that purpose, methods for characterizing nonlinear systems will be applied to available data and the results will be evaluated.

• studies in mathematics/physics/engineering
• interest in applying sophisticated mathematical methods to engineering problems
• experiences in signal processing and nonlinear systems as well as using Matlab are beneficial
• good written and oral communication skills in English and German

• start: immediately
• working in a multi-disciplinary team
• remuneration according to HZDR internal regulations

In contrast to conventional batteries, Liquid Metal Batteries feature all liquid anodes (alkaline or alkaline earth metal), cathodes (transition metal or metal) and electrolytes (molten salts) at a temperature between 400 °C and 600 °C. For the operation of liquid metal batteries as large-scale storage option (frequency control and other applications), the design of the storage system and operation strategies (including a battery management system) need to be implemented and tested using exemplary load curves.
Starting point is an existing model of a battery system in Python.

Note: This is an offer suitable for a bachelor, master or diploma thesis or studentic internships.
Do not apply if you already finished your studies!

Study of mechanical engineering, physics, mathematics or similar
Basic knowledge of engineering principles.
Good knowledge of a programming language, preferably python.

Start: now
Duration: 4-6 months
Paid according to HZDR-internal tariff

Turmkraftwerke stellen die neueste Generation von Anlagen zur solarthermischen Elektroenergieerzeugung dar. Extrem konzentriertes Sonnenlicht wird dabei auf einen zentralen Absorber gerichtet, der die Wärme auf eine Wärmeträgerflüssigkeit überträgt (s. Foto). Zur Erhöhung des Wirkungsgrades von Turmkraftwerken soll die Arbeitstemperatur von derzeit maximal 550°C deutlich erhöht werden. Dafür sollen werkstoffwissenschaftliche Lösungen weiter verfolgt werden, die im Rahmen eines EU-RISE-Projektes entwickelt wurden.

Als Themen für Graduierungsarbeit werden

i) die Optimierung von optischen und elektrischen Schichteigenschaften
ii) die Verbesserung der Schichthaftung auf Hochleistungslegierungen und
iii) die Komplettierung eines neuen Schichtsystems angeboten.

Zur Charakterisierung der untersuchten Materialien stehen modernste in situ und ex situ Analysemethoden zur Verfügung.

1. Studium der Werkstoffwissenschaften, Physik oder Chemie mit überdurchschnittlichen Leistungen (Notendurchschnitt ≤ 2.0)
2. Interesse und Freude an experimenteller wissenschaftlicher Arbeit
3. Grundkenntnisse in Programmierung und sicherer Umgang mit Büro- und wissenschaftlicher Software
4. Fachkundige Englischsprachkenntnisse

internationale Forschungsumgebung, ortsübliche Aufwandsentschädigung