Praktika, Studentische Hilfskräfte und Abschlussarbeiten

Die Entwicklung eines mehrkanaligen Durchflusssensors gemäß dem Patent WO 2010/069307 A1 zielt darauf ab, den Gasgehalt in strömungsführenden Komponenten zu quantifizieren. Ein entscheidender Vorteil dieses Sensors liegt in seinem optischen Messprinzip, das auf einer faseroptischen Ankopplung und der Analyse des Lichtausgangssignals basiert. Dadurch werden elektrische Potentiale im Messbereich vermieden, was insbesondere bei explosiven Gemischen große Vorteile gegenüber elektrischen Messverfahren bietet (intrinsische Sicherheit).
Durch Vorversuche am Institut für Experimentelle Fluiddynamik am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf an Gas-Flüssigkeitsströmungen wurde gezeigt, dass aufgrund der Kapillareffekte in engen Kanälen und der unterschiedlichen Brechungsindizes von Gas- und Flüssigphase eine eindeutige Binarisierung des Sensorausgangssignals durchgeführt werden kann. Aufbauend auf den bisherigen Arbeiten mit einem einkanaligen Sensorprototypen, der auf einer polymeren optischen Faser (POF) mit einem Durchmesser von 1 mm beruht, sind im Rahmen der weiteren Forschung folgende Aufgaben zu bewältigen:
Aufgaben

• Die Anpassung auf einen POF-Durchmesser von 1,5 mm bei der einkanaligen Konfiguration
• Die experimentelle Untersuchung des neuen einkanaligen Prototyps mithilfe der bereits entwickelten Versuchsanlage und Auswerteprogramme
• Konstruktive Entwicklung eines mehrkanaligen Sensorkörpers für Gasgehaltmessungen im System
• Entwicklung eines Übergangadapters zur Optimierung der Strömungsverteilung zwischen dem DN10 Strömungsrohr und dem Sensorkörper

• Student: in z. B. Verfahrenstechnik, Maschinenbau, Chemieingenieurwesen
• Interesse an Strömungsmechanik und Entwicklung der Messtechnik
• Erfahrungen mit 3D-CAD-Tools
• Grundkenntnisse in Python-Programmierung

Beginn ab sofort möglich
Dauer des Praktikums oder der Abschlussarbeit gemäß Studienordnung

Feinkörnige Feststoffpartikel aus verschiedenen industriellen Quellen, die sonst entsorgt würden, sollten idealerweise zu wertvollen Produkten oder inerten Rückständen verarbeitet werden. Sie enthalten wertvolle Reststoffe, wie z. B. Metalle, die in den industriellen Kreislauf zurückgeführt werden können, anstatt sie zu deponieren. Dies ist ein Ziel des Helmholtz-Projekts FINEST, in das diese Arbeit eingebettet ist.
Die verschiedenen Feinstpartikel müssen für die Weiterverarbeitung gemischt und agglomeriert werden. Unsere Arbeit im Projekt beschäftigt sich mit dem Mischen der Partikel. Ein Ziel ist es, den Partikelstrom auf der Grundlage der Rheologie des Schüttguts zu beschreiben, während der Mischungsprozess zwischen den Partikeln mithilfe einer Transportgleichung beschrieben wird.
Der Mischungsprozess zwischen den Partikeln wird durch die Transportgleichung beschrieben. Sie muss mit dem Strömungsfeld der Partikelströmung gekoppelt werden. Letzteres kann durch CFD modelliert werden, z. B. mit FEM. Hier ist ein rheologisches Modell erforderlich.
Wir suchen jemanden mit Erfahrung in CFD oder anderer Modellierung, um die Implementierung dieses Modells fortzusetzen.

• Student:in z. B. Verfahrenstechnik, Chemieingenieurwesen, Computational Engineering, Maschinenbau (Simulationsmethoden, ...) usw.
• Interesse an Strömungsmechanik und Modellierung
• Erste Erfahrung in CFD, idealerweise OpenFOAM
• Erste Erfahrungen in der Code-Entwicklung (C++) optional

• Beginn ab September 2024 möglich
• Dauer des Praktikums oder der Abschlussarbeit gemäß Studienordnung
• Vergütung möglich, Stipendiaten (z. B. ERASMUS+) willkommen

Data acquisition in large industrial vessels such as bio reactor, biogas fermenters or wastewater treatment plants is limited to local measurement points due to the limited access to the vessel and the non-transparent fluid. To optimize these kinds of plants the three-dimensional flow field and the spatial distribution of e.g. temperature and electrical conductivity inside the vessel needs to be known. This can be done by the autonomous flow following lagrangian sensor particles (LSP) developed at the HZDR. Equipped with a pressure sensor, an accelerometer, two gyroscopes and a magnetometer, the sensor particle can track the flow movement inside of the vessels. From this, the flow field can be reconstructed.

To achieve a good flow following behavior, the density of the LSP can be adjusted before they are released into the vessel. While this works well for non-aerated systems, the influence of aeration on the flow following capability is unknown. Another unknown is how the velocities of the rising bubbles and of the continuous phase relates to the velocity measured by the LSP.
Therefore, the aim of this master thesis is to investigate the influence of aeration on the LSPs theoretically and experimentally by tracking the LSP with a camera. This includes the following tasks:

• Literature research on flow following behavior of large particles in fluids
• Experiments in a bubble column (330 mm ID) with LSPs and camera
• Data evaluation to retrieve the fluid velocity, bubble rising velocity and LSP velocity
• Comparison and conclusions on the flow following capability of LSPs in aerated reactors and comparison to the non-aerated case.

• Studies in the area of chemical or mechanical engineering or similar
• Basic chemical and fluid engineering knowledge
• Data analysis in Python
• Independent and structured way of working

• Immediate start possible
• Duration according to the respective study regulations