Ziel der Arbeit ist eine ökologische und ökonomische Bewertung elektrifizierter Antriebsstrangkonzepte, um auf Basis dieser Modelle Entwicklungsziele abzuleiten.

Im Rahmen dieses Projekts werden wir die Ablagerungsmuster von Nanosuspensionstropfen analysieren und verschiedene Nanosuspensionen sowie Nanopartikelkonzentrationen auf faserbeschichteten Substraten untersuchen. Dies umfasst die Überwachung der Verdunstungskonfiguration der Tropfen über die Zeit sowie die Untersuchung der endgültigen Ablagerung mittels Konfokalmikroskopie.

Im DFG/Transregio Projekt „Oxyflame“ werden Methoden und Modelle zur Beschreibung von Biomasse-Feststofffeuerungen in einer Oxyfuel-Atmosphäre untersucht. Eine Oxyfuel-Feuerung bietet hierbei den Vorteil, dass die Abgaszusammensetzung nahezu vollständig aus CO2 und Wasserdampf besteht. Somit lässt sich das klimaschädliche Gas CO2 effizient vom Abgas abtrennen und speichern. Hierfür wurde ein neuer Brenner für die Brennkammer des EST entwickelt.

Um die Unterschiede zwischen einer Oxyfuel und einer klassischen Luftverbrennung von Biomasse detaillierter beschreiben zu können wurden mittels eines Kamerasystems Flammenbilder von unterschiedlichen Luft und Oxyfuel Betriebspunkten aufgenommen. Diese sollen in einem zweiten Schritt mit MATLAB analysiert werde.

Das Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Fahrzeugantriebe forscht im Rahmen zukünftiger Antriebstechnologien an der Entwicklung und Optimierung von Thermomangementsystemen. Ein wesentlicher Bestandteil des Thermomanagementsystems ist der Kältekreislauf. In elekrifizierten Fahrzeugen finden zumeist Wärmepumpen Anwendung.

Um die Effizienz und Kosteneffektivität von Fluidsystemen zu verbessern, setzen wir am Institut für Fluidsystemtechnik auf mathematische Optimierungsmethoden, die eine global-optimale Lösung unter Berücksichtigung mehrerer Lastfälle ermöglicht. In dieser Arbeit sollen Dekompositions-Algorithmen zur Reduktion der Rechenzeit verwendet werden. Zudem soll die Auswahl der Lastfälle mittels stochastischer Verfahren verbessert werden, um robustere Ergebnisse zu erzielen.

Der Energiebedarf von Rechenzentren in Deutschland betrug im Jahr 2022 ca. 18 000 GWh und steigt weiter an. Der Großteil dissipiert in Wärme, die ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird. Gleichzeitig verursacht die Beheizung von Gebäuden ca. 22% der CO2-Emissionen in Deutschland. Im Zuge der Energiewende müssen diese Emissionen bis spätestens 2045 vermieden werden. Hier kann die Nutzung der Abwärme von Rechenzentren einen Beitrag leisten.

Der Hochlauf der E-Mobilität bringt Herausforderungen für die Integration ins Stromnetz mit sich. Um netzdienliches Laden zu erproben, soll dazu am IMS eine intelligente Ladestation entwickelt werden.

Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Simulation der Verdunstung von Zweikomponentenfilmen unter Verwendung eines bereits bestehenden COMSOL-Modells zu realisieren.

Ziel dieser Arbeit ist es, ein bereits etabliertes analytisches Modell für die Verdunstung eines mit Nanopartikeln beladenen Films weiterzuentwickeln. Dazu sind Kenntnisse im Umgang mit MATLAB erforderlich.

Wildfire is a common natural disaster, which causes huge damage to the environment and humans’ life and properties. To extinguish wildfires and/or minimize its impact, a good prediction of their spreading properties, such as direction and velocity, are crucial. Since wildfire spreading is a very complicated large-scale phenomenon involving complex geometries, flow conditions, and combustion, the investigation of them usually remains at a macro level without digging into the physics of some essential components of the problem.

Therefore, there is a significant gap of fundamental knowledge that hurdles a reliable simulation/forecast of wildfire spreading. To improve our understanding and thus better prediction of wildfire spreading, the fundamental combustion properties of wood, one of the essential components, need to be studied under a well-controlled condition. Under co-flow conditions, where the spreading direction of the wildfire is the same as that of wind, the ignition and combustion of trees occur in a high-temperature and low-oxygen atmosphere.

This project will apply advanced optical techniques, e.g., infrared thermometry, to study the fundamental ignition and combustion properties of woods (in the form of stick) under a representative co-flow condition that can be produced by a laminar flow reactor.

As emission regulations tighten and policies evolve to address global climate change, reducing pollutant and greenhouse gas emissions has become a top priority in combustion research. The advanced combustion concept of matrix-stabilized combustion is essential for achieving low emissions and improved flame stabilization in fuel-lean conditions. Combustion within an inert porous matrix differs significantly from conventional burners that use a free flame. Porous media burners (PMBs) rely on the principle that the solid porous matrix internally recirculates heat from combustion products back to the reactants. This internal heat recirculation in PMBs lowers the lean flammability limit of fuel-air mixtures, enabling lower emissions, reduced thermal stresses due to lower flame temperatures, and complete fuel conversion through lean combustion. However, stabilizing these flames within the porous matrix poses challenges due to the complex thermophysical, transport, and heat-transfer processes involved.

The objective of this project is to install a well-designed PMB in the RSM laboratories and perform the first experimental investigation using different pore structures and fuel mixtures.

As the push for sustainable energy solutions intensifies, the combustion of biomass solid fuels in ammonia (NH3)-enriched atmospheres presents a promising path forward. This approach not only leverages renewable biomass resources but also explores the potential of ammonia as a carbon-free hydrogen carrier and fuel. To deepen our understanding of the combustion dynamics and emission characteristics under these conditions, we propose the development of a novel laminar flow reactor specifically designed for optical measurements of biomass solid fuel flames in an NH3-enriched atmosphere.

As global climate policies become increasingly stringent, reducing pollutant and greenhouse gas emissions has become a paramount objective in combustion research. Hydrogen-powered combustors promise to reduce pollutant emissions, particularly NOx, while enhancing efficiency and performance under extreme conditions. However, harnessing hydrogen's potential requires overcoming significant technical challenges, particularly in designing combustors that can operate under extreme conditions while minimizing emissions. A better fundamental understanding of hydrogen combustion requires urgently experimental research efforts. This project focuses on developing a lab-scale hydrogen-powered combustor capable of operating under high-temperature, high-pressure, and high-turbulence conditions.

Physics-Informed Neural Networks (PINN) sind eine spannende neue Forschungsrichtung an der Schnittstelle der Informatik und Ingenieurwissenschaften. Sie bieten eine interessante Möglichkeit zum Lösen und Interpolieren von partiellen Differentialgleichungen eines physikalischen Problems. In dieser Arbeit soll ein PINN für ein akustisches Problem implementiert werden. Basis hierfür bildet die Simulation einer einfachen akustischen Anwendung, mithilfe derer die Trainingsdaten für das PINN generiert werden. Die zum Training des neuronalen Netzes verwendete „loss-function“ stellt dabei sicher, dass die durch das neuronale Netz vorhergesagten Feldgrößen zum einen die Trainingsdaten vorhersagt, zum anderen die dem akustischen Problem zugrunde liegenden physikalischen Grundgleichungen eingehalten werden.

Das Ziel dieses Projekts ist die Weiterentwicklung eines Bauteils und dessen Ausstattung mit Sensorik für die Erfassung von Nutzungsdaten. Auf Grundlage von Produktionsdaten sowie der erfassten Nutzungsdaten soll ein Life Cycle Assessment sowie eine Variantenbetrachtung durchgeführt werden. Schlussendlich sollen Vorschläge für die Entwicklung einer nachhaltigeren Produktiteration erarbeitet werden.

This thesis opportunity offers a unique chance to delve into the exciting field of active noise control while making tangible contributions to the aerospace industry. If you're passionate about simulation modeling and eager to tackle real-world engineering challenges, we encourage you to apply and be part of this innovative project.

The impact of particles on electrodes is a crucial area of study in electrochemistry, providing valuable insights into both the basic principles and the intricate mechanisms that govern electrochemical processes. Comprehensive understanding of these interactions is indispensable for advancing the utilization of electrochemical reactors across a diverse range of applications. In this context, microfluidic devices serve as an excellent tool for investigating electrochemical events at the particle level. Designing diverse microfluidic device configurations offers manipulation of electrode setups, allowing for analysis of how factors like electric field distribution, particle trajectory, and deposition dynamics affect particle-electrode interactions.

From organic waste to green maritime and aviation fuels.

The aviation and shipping transportation sectors are difficult to electrify. Biofuels with negative CO2 emissions can make a significant contribution to the sustainability of these sectors. This is being investigated at EST in the CARBIOW research project by converting biomass residues into synthesis gas in a fluidized bed and then into biofuels. The fluidized bed is to be operated on a 1 MW pilot scale with pure oxygen and steam and investigated in advance using process simulations. Analysis of the feedstock will help to understand the underlying reactions and kinetics taking place during the gasification process.

Die thermochemische Umwandlung von Ersatzbrennstoffen durch Verbrennung oder Vergasung ist eine effiziente und fortgeschrittene Technologie. Die dabei freigesetzte Energie kann in verschiedenen Prozessen zur Anwendung kommen, wie z.B. im Kombiprozess mit integrierter Vergasung, in der Treibstoffherstellung sowie im Dampfprozess. Eine Möglichkeit zur Konversion der Abfalleinsatzstoffe ist der Einsatz von Wir-belschichtreaktoren, welche am Institut für Energiesysteme im vorindustriellen Maßstab untersucht wird. Trotz der im Vergleich zu anderen Verbrennungstechniken sehr guten Möglichkeit die sich aus dem Ersatzbrennstoff bildenden Schadstoffe während der Verbrennung zu reduzieren sowie diese in fester Form einzubinden, ist die zusätzliche Abscheidung in nachgeschalteten Reinigungsanlagen ein sowohl wissenschaftlich, als auch betriebswirtschaftlich interessantes Verfahren zur weiteren Reduktion der Schadstoffemissionen. Hierfür wurden im Versuchsbetrieb mehrere Additive untersucht, in-dem unterschiedliche Mengen in unterschiedlichen Zeitabständen in die nachgeschaltete Rauchgasreinigungsanlage (CFB Scrubber) gegeben wurden.

Die Prozessanlagen der Zukunft sind flexibel durch einen modularen Aufbau, welcher abhängig von den Produkten angepasst wird. Für den sicheren Betrieb muss die Interaktion der Module modelliert und überprüft werden. In dieser Arbeit soll dies mithilfe von semantischer Modellierung und semantic reasoning umgesetzt werden.

Die Dokumentation technischer Produkte ist zeitaufwändig und wird meist wenig effizient gestaltet. In dieser Arbeit soll durch den Einsatz von semantic web Technologien, auf denen der Google-Algorithmus basiert, die technische Dokumentation einer realen Maschinen gestaltet werden.

Erforsche mit uns neue Konstruktionsmethoden!

Shared test platforms can realize multi-functionality investigations at the early stage of the vehicle powertrain development.

At IMS, the CONNECT (powertrain test bench) and Driveception (driving simulator) are integrated for a distributed measurement of powertrain dynamics and their impact on subjective perception during the launch process. The student work will be focused on the realization of the test bench networking and its real-time performance for the launch process study.

Uncertainty Quantification (UQ)is a research field that helps to improve the predictive accuracy of models by quantifying and reducing the uncertainty inherent to model parameters, the model itself, etc. The field of UQ encompasses methods such as Sobol indices or Morris screening for sensitivity analysis, Markov-Chain-Monte Carlo Methods for quantifying parameter uncertainty or subset simulation for determining the system reliability. Another new field of research is Vibroacoustic Metamaterials (VAMM). The underlying principle lies in using periodic arrangement of resonators, that create a frequency band in which wave propagation is inhibited. This simple yet powerful technique allows for leightweight structures with increased noise and vibration reduction. The focus of this project is to review the state of the art for the application of UQ methods in relation to VAMM.

Ongoing research at the Institute for Paper Technology of the Technische Universität Darmstadt is focused on the application of image analysis for the quantification of buckling patterns. The value of precise image analysis is recognized and expected to lead to a significant enhancement in predictive assessment. However, innovative approaches and fresh perspectives are still important in this evolving field.

Am IMS wird das Potential der Effizienzsteigerung von Antriebssträngen durch Kenntnis der in den nächsten Sekunden zu erwartenden Geschwindigkeit auf Basis von KI-basierten Prädiktionen untersucht.

Der im April 2024 vorgestellten Ansatz von Kolmogorov-Arnold-Netzwerken (KAN) verspricht schnelleres Training, verbesserte Genauigkeit und Interpretierbarkeit im Vergleich zu herkömmlichen Multi-Layer-Perceptrons (MLP). Bisher existiert nur eine simple Matlab-Implementierung von KANs mit grundlegender Funktionalität.

Das Ziel dieser ausgeschriebenen Arbeit ist es, vor dem Hintergrund der Matlab Deep Learning Toolbox eine KAN-Implementierung umzusetzen und diese zur Geschwindigkeitsprädiktion anzuwenden.

Als Datengrundlage steht ein über 29.000 km umfassender Datensatz zur Verfügung.

Die Transportsektoren Luft- und Schifffahrt sind schwierig zu elektrifizieren. Biofuels mit negativen CO2-Emissionen können einen erheblichen Beitrag zur Nachhaltigkeit dieser Sektoren leisten. Das wird am EST im Forschungsprojekt CARBIOW untersucht, indem Reststoffe aus Biomasse in einer Wirbelschicht zu Synthesegas und danach zu Biofuels umgewandelt werden. Die Wirbelschicht soll im 1 MW Pilot-Maßstab mit reinem Sauerstoff und Dampf betrieben und vorher mithilfe Prozesssimulationen untersucht werden.

Am Institut für Fluidsystemtechnik soll für den Pumpenhersteller Munsch ein Prüfstand zur Charakterisierung verschiedener Pumpen konzipiert, entwickelt und in Betrieb genommen werden. Munsch ist ein weltweit agierender Hersteller von Pumpen und Zubehör für Einsatzgebiete unter besonders anspruchsvollen Bedingungen.

Die Luftfahrtindustrie arbeitet intensiv an der Entwicklung verschiedener Systeme zur Vermeidung von Vereisung und Eisbildung. Einer der wichtigsten Parameter, der die Vereisung charakterisiert, ist die Adhäsionskraft, die bestimmt, wie stark eine Eisschicht an der Flugzeugoberfläche haftet. Dieses Projekt wird dazu beitragen, die mit der Eishaftung verbundenen Zugspannungen bei unterschiedlichen Belastungsgeschwindigkeiten genau zu messen. Die Idee basiert auf der Anwendung einer konstanten Dehnungsrate auf eine gefrorene Flüssigkeitsbrücke und der Messung der Adhäsionskräfte, die erforderlich sind, um das Substrat vom Eis abzulösen. In dieser Masterarbeit wird eine umfassende experimentelle Studie über die bestehende Eishaftung durchgeführt

In dieser externen Masterarbeit des Instituts für Fluidsystemtechnik in Kooperation mit Bürkert sollen Konzepte zur zweckmäßigen Übertragung von simulationsangelernten Reinforcement-Learning-Regelungen auf reale Systeme (Sim2Real-Transfer) erforscht werden. Als erstes Modellsystem wird ein Massendurchflussregler von Bürkert betrachtet und im nächsten Schritt soll die Regelung der Pumpendrehzahlen und Ventilstellungen für die Wasserversorgung in Hochhäusern untersucht werden. In diesem Zusammenhang ist die Validierung der Konzepte mittels Mikrocontrollern an Prüfständen des FST und des Kooperationspartners Bürkert vorgesehen.

Im Rahmen dieser Arbeit soll eine vorhandene Hardwarelösung weiterentwickelt und vervielfältigt werden, um eine Validierung von verteilten Regelungskonzepten zu ermöglichen. Denkbar ist dabei u.a., die Entwicklung einer maßgeschneiderten Platine (PCB) im Gegensatz zur Verwendung von elektronischen Einzelkomponenten. Die grundsätzliche Funktion der Infrastruktur soll schließlich durch das Festsetzen von Stellwerten und dem Auslesen von Messwerten der Agenten über einen zentralen Rechner demonstriert werden, wofür auf bereits vorhandene Software zurückgegriffen werden kann.

Das Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Fahrzeugantriebe forscht im Rahmen zukünftiger Antriebstechnologien an der Entwicklung und Optimierung von Thermomangementsystemen. Ein wesentlicher Bestandteil des Thermomanagementsystems ist der Kältekreislauf. In elekrifizierten Fahrzeugen finden zumeist Wärmepumpen Anwendung.

Im Rahmen dieser Arbeit sollen Konzepte zur Topologieidentifikation von Fluidsystemen basierend auf Multiagentensystemen entwickelt und an Simulationen erprobt werden. Hierfür sind beispielsweise Verfahren der Inferenzstatistik denkbar, die verfügbare Messdaten der Agenten nutzen. Als Modellsystem wird ein am Institut vorhandener Demonstrator genutzt, der die Wasserversorgung von realen Hochhäusern abbildet.

Das Forschungsprojekt ANNA am EST untersucht neuartige Füllkörper für Absorptions- und Desportionskolonnen zur Effizienzsteigerung der Synthesegasaufarbeitung. Im Rahmen des Projektes sollen experimentelle Untersuchungen sowie die dazugehörige Auswertung der Versuchsdaten durchgeführt werden.

Aufgrund der sich verschärfenden extremen Wetterbedingungen nehmen die Vereisungsereignisse in Flugzeugen immer mehr zu. Die Analyse dieses Phänomens hat an Aufmerksamkeit gewonnen, insbesondere im Bereich der Flugsicherheit. Ein wesentlicher Faktor für die Vereisung ist das Auftreten von unterkühlten großen Tropfen (Supercooled Large Droplets, SLD), d. h. Wassertröpfchen, die bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt in der Luft schweben. Bisherige wissenschaftliche Experimente konzentrierten sich vor allem auf die Auswirkungen der Tröpfchen auf statische oder langsam fließende Flüssigkeitsschichten.

Das Fachgebiet Reaktive Strömungen und Messtechnik (RSM) befasst sich mit optischen Untersuchungen reaktiver Strömungen. Einer dieser Messtechniken ist die Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) mittels derer im Rahmen des Clean-Circles-Projekts ein CO2-freier Kreislaufprozess zur Energiespeicherung untersucht werden soll. Speicher mit langen Ausspeicherzeiten und hohen Energiedichten gewinnen bei fortscheidendem Ausbau von erneuerbaren Energien immer mehr Bedeutung. In dem Kreislaufprozess des Clean-Circles-Projekts erfolgt die Einspeicherung der regenerativ erzeugten Energie mittels Reduktion von Eisenoxidpartikeln. Die entstehenden Eisenpartikel können zeitlich und räumlich getrennt durch eine Oxidation (bzw. Verbrennung des Eisens) die Energie wieder ausspeichern.

Zur Entwicklung eines besseren Verständnisses, sowie zur Validierung und Verbesserung von Modellierungen der im Detail ablaufenden Prozesse während der Reduktion und Oxidation, werden experimentelle Daten benötigt. Hierfür soll die elementare Zusammensetzung von Eisen- und Eisenoxidpartikeln mittels der Laser Induced Breakdown Spectroscopy erforscht werden.

Im transdisziplinären Forschungsverbund Clean Circles wird ein innovativer kohlenstofffreier Energie-Stoffkreislauf untersucht. Hierbei wird elektrische Energie aus erneuerbaren Quellen in Eisen eingespeichert, welche über thermochemische Oxidation ausgespeichert und in thermischen Kraftwerken rückverstromt werden kann. Hierfür ist es notwendig ein tiefgehendes Verständnis der Oxidationsprozesse der Eisenpartikel zu haben. Laminare Eisenstaubflammen erlauben es in simplen Strömungsfeldern Reaktions- und Transportphänomene einer Partikeldispersion zu untersuchen, womit wertvolles Wissen für die Kraftwerksauslegung gewonnen werden kann.

Zur Erzeugung einer homogenen Partikeldispersion ist ein sogenannter Seeder unerlässlich. Am Institut ist bereits ein elektrostatischer Seeder vorhanden. Für die genaue Charakterisierung des Betriebes ist es erforderlich, die Eisenpartikelbeladung in der Strömung zu messen zu messen. In dieser Bachelorarbeit soll daher die Entwicklung und Evaluation eines Messaufbaus für Eisenpartikelbeladung im Fokus stehen.

Im transdisziplinären Forschungsverbund Clean Circles wird ein innovativer Energie-Stoffkreislauf untersucht. Hierbei wird elektrische Energie aus erneuerbaren Quellen in Eisen eingespeichert, welche über thermochemische Oxidation ausgespeichert und in thermischen Kraftwerken rückverstromt werden kann. Hierfür ist es notwendig ein tiefgehendes Verständnis der Oxidationsprozesse der Eisenpartikel zu haben.

Bei Untersuchungen der Oxidationseigenschaften einer laminaren Eisenstaubflamme wird ein am Institut eingesetzter Gegenstrombrenner verwendet. Zur Bestimmung der Phasengeschwindigkeit der Partikelphase wird Particle Image Velocimetry (PIV) anhand von Mie-Streubildern angewandt. Nun soll gleichzeitig auch die Gasphase mittels weiteren Tracern bestimmt werden, anhand von Aufnahmen auf denen erneut ein PIV Algorithmus angewandt wird.