Gegenstand dieser externen Masterarbeit des Instituts für Fluidsystemtechnik in Kooperation mit Bürkert ist die zweckmäßige Übertragung von simulationsangelernten Reinforcement-Learning-Regelungen auf reale Systeme (Sim2Real-Transfer). Hierfür soll ein bestehender Ansatz von Python in MATLAB/Simulink übertragen und am realen System validiert werden. Als Modellsystem wird ein Massendurchflussregler von Bürkert betrachtet.

Am EST wird im Forschungsprojekt CORAL die Nutzung von Eisen als innovativer Energiespeicher untersucht. Ein vielversprechender Ansatz ist dabei die in-situ Reformierung von Methan, durch die Wasserstoff direkt im Wirbelschichtreaktor erzeugt und zur Reduktion von Eisenoxiden eingesetzt werden kann. In der Abschlussarbeit sollen Laborversuche zur Reduktion von Eisenpulver durchgeführt und die Auswirkungen unterschiedlicher Prozessparameter auf Stabilität und Umsatzgrad systematisch analysiert werden.

Kenntnisse über die Temperaturverteilung am Brennkammeraustritt einer Gasturbine sind von zentraler Bedeutung um die Auslegung von Turbinenschaufeln sowie deren Lebensdauer zu optimieren. Ziel der Arbeit ist es, ein tomographisches TDLAS-Spektrometer zu entwickeln und dessen Funktionsweise experimentell an einem generischen Testaufbau zu demonstrieren.

Im Hinblick auf die Elektromobilität werden im Rahmen des Projekts Opt4E (Opt4E.de) elektrische Antriebsstränge von BEV (Battery Electric Vehicles) optimiert. In dieser Optimierung werden neben Effizienz und anderen Kenngrößen auch die ökonomischen Aspekte untersucht. Hierfür wird ein Kostenmodell benötigt, dass anhand der Parameter der Komponenten die Herstellungskosten abschätzen kann. Berücksichtigt werden neben permanenterregten Synchronmaschinen auch Induktionsmaschinen.

IIm Forschungsprojekt Opt4E (Opt4E.de) wird eine Matlab-basierte multikriterielle Optimierungsplattform für elektrische Antriebsstränge von BEVs entwickelt. Mit dieser soll die Vorentwicklungszeit reduziert werden, in dem der Lösungsraum durch die Vorgabe von Anforderungen mit genetischen Algorithmen systematisch durchsucht und auf Pareto-optimale Lösungen reduziert wird.

Ziel des studentischen Projekts ist die Entwicklung und Implementierung einer intelligenten Regelung für das Slip Length Tribometer (SLT). Im Mikrometerbereich werden nichtlineare Effekte durch Kapillarkräfte berücksichtigt, die klassische Regelmethoden vor Herausforderungen stellen. Die Studierende untersucht und implementiert geeignete Ansätze wie Fuzzy-Logik, Expertensysteme für PID-Regler oder neuronale Netze und integriert diese in das bestehende LabVIEW-Programm. Der Schwerpunkt liegt auf der dynamischen PID-Skalierung sowie der Analyse der gewonnenen Daten zur Bewertung der Regelungsleistung.

Um im internationalen Wettbewerb bei der Entwicklung humanoider Roboter bestehen zu können, ist der Einsatz kostengünstiger Komponenten in der Aktorik von zentraler Bedeutung. Günstigere Bauteile gehen jedoch häufig mit qualitativen Einschränkungen einher. Eine dieser Herausforderungen ist das in den Robotergelenken auftretende Getriebespiel, das die Regelung der Antriebe erheblich erschwert. Insbesondere Instabilitäten im Regelverhalten und potenzielle mechanische Schäden am Getriebe gilt es zu vermeiden.

Am IMS wird im Rahmen des Projekts „DigiTain“ erforscht, wie Betriebsstrategien von Brennstoffzellen-fahrzeugen (FCEV) verbessert werden können. Aktuelle Ergebnisse zeigen, dass mittels kurzfristiger Prädiktion (ca. 10 s) eine Effizienzsteigerung erreicht werden kann, aber auch dass der Ansatz nicht zielführend auf längerfristige Zeiträume (>1 min) anzuwenden ist, was die Effizienzsteigerung begrenzt. Durch Routenplanung (z.B. Navi) oder Kenntnis von häufig gefahrenen Strecken ist die vorausliegende Route meist bekannt. In Vorarbeiten wurden bereits langfristige Abschätzungen des Leistungsbedarfs z.B. bis zum Fahrtende umgesetzt. Im Rahmen dieser Arbeit sollen mehrere Ansätze für eine langfristig planende Betriebsstrategie ausgewählt, umgesetzt und verglichen werden, die eine regelmäßige online-Aktualisierung erlaubt, aber nicht zwingend eine global-optimale Lösung liefern muss.

Am EST wurden die Verfahren Carbonate Looping und Chemical Looping Combustion maßgeblich weiterentwickelt, dabei spielt die Steuerung der Partikelzirkulation in den gekoppelten Wirbelschichtreaktoren eine zentrale Rolle. In der Abschlussarbeit soll das Verhalten des J-Valves als Kopplungselement in einem neuen Kaltmodellteststand gezielt untersucht werden.

Die Additivum GmbH aus Darmstadt entwickelt Keramik-3D-Druck-Systeme, die pastösen Ton mit einem Schneckenextruder verarbeiten. In dieser Abschlussarbeit soll ein neuartiges, kraftsensitives Z-Homing-System entstehen, das anstelle störanfälliger kapazitiver Sensoren direkt über den Düsenkontakt mit der Bauplattform arbeitet. Ziel ist eine robuste, zuverlässige Lösung, die unempfindlich gegenüber Feuchtigkeit und Verschmutzung ist und so Ausschuss und Druckfehler reduziert.

Biotinten für den grünen 3D-Biodruck von Pflanzenzellen ermöglichen die gezielte Formung dreidimensionaler Zellstrukturen zur Wirkstoffproduktion. In dieser Arbeit soll untersucht werden, wie Hydrogel und Zellen die rheologischen Eigenschaften und die Biokompatibilität beeinflussen, um geeignete Gele für den 3D-Druck auszuwählen.

Extreme Starkregenereignisse führen immer häufiger zu lokalen Überflutungen in Städten und Siedlungen. Klassische Simulationsmethoden arbeiten meist mit Gittern (Finite-Volumen/Finite-Elemente), was bei sehr komplexen Geometrien, großen Deformationen und dynamischen freien Oberflächen aufwändig oder unzuverlässig werden kann. Meshfreie Methoden wie Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) verfolgen einen alternativen Ansatz: Das Wasser wird durch Teilchen oder Materialpunkte repräsentiert, die sich frei im Raum bewegen. Dadurch lassen sich Phänomene wie plötzliches Überströmen, Rückstau, Überflutung von Gebäuden und der Transport über unregelmäßige Oberflächen besonders natürlich abbilden.

Ziel dieser Arbeit ist die Weiterentwicklung einer modularen Simulationsumgebung zur Optimierung von Luftfederdämpferkonfigurationen für deren spezifische Einbausituationen und Anforderungen.

Durch Partikel im Fördermedium tritt in Schraubenspindelpumpen hoher Verschleiß auf. Um die Pumpen auf die Anwendungen auslegen zu können, benötigen die Hersteller Modelle zur Beschreibung des Verschleißverhaltens und Konstruktionsrichtlinien. Die ausgeschriebe Arbeit dient der experimentellen Parameterstudie am neuen Verschleißprüffeld, das die anwendungsnahe Untersuchung der Pumpen im Betrieb mit Partikeln erlaubt.

In modern turbomachinery, shaft vibrations caused by fluid film forces and moments in annular seals often limit performance and reliability. Consequently, this narrow fluid filled annuli play a crucial role in the overall system behavior. The dynamic characteristics of such narrow gaps like journal bearings and annular seals significantly influence the turbomachinery’s response. These characteristics are commonly represented by classical mechanical components springs, dampers, and masses which enable their characterization through the rotordynamic coefficients of stiffness, damping, and inertia. While the stiffness coefficients have been determined through a completed static CFD analysis utilizing a fully developed 360° mesh with eccentricity and tilt, the remaining task is to determine the damping and inertia coefficients.

Eisen gilt als vielversprechender Energiespeicherträger in metallbasierten Kreislaufprozessen, bei denen Energie durch thermochemische Oxidation freigesetzt wird. Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Lasersystem zur kontrollierten Zündung einzelner schwebender Eisenpartikel im elektrodynamischen Levitator entwickelt, aufgebaut und in Betrieb genommen werden, um deren elementare Zusammensetzung während der Verbrennung mittels Laserinduzierter Plasmaspektroskopie (LIBS) analysieren zu können.

Im Zuge der Energiewende müssen fossile Energieträger durch erneuerbare Alternativen ersetzt werden. Eine der zentralen Herausforderungen dabei ist die effiziente Speicherung und der Transport großer Energiemengen. Ein vielversprechender Ansatz ist die Nutzung von Eisenpulver als CO₂-freier Energieträger in einem geschlossenen Stoffkreislauf: Eisen wird oxidiert, die entstehende Energie nutzbar gemacht, und das Eisenoxid anschließend regeneriert.

Ein Schaden in der zentralen Regelung eines Wasserversorgungssystems hat katastrophale Auswirkungen auf die Versorgung städtischer Bevölkerung mit Trinkwasser. Um dieses Risiko zu vermeiden, sollen Ansätze der Schadenserkennung mittels Zeitreihenanalyse für die Resilienz der Wasserversorgung untersucht werden. Dafür soll ein statistisches Modell aufgestellt, parametriert und validiert werden.

OPC UA ist ein offener, plattformunabhängiger Standard für die industrielle Kommunikation, der sich durch seine modellierungsfähige Struktur besonders für die Beschreibung von Industrierobotern eignet. Die entsprechende Robotics Companion Specification (CS) ist derzeit jedoch nur in Ansätzen entwickelt. URDF ist ein XML-basiertes Format zur Modellierung von Robotern im Robot Operating System (ROS) und enthält umfassende Informationen zur Struktur und Kinematik. Da beide Formate auf XML basieren, erscheint ein strukturiertes Mapping zwischen URDF und OPC UA sinnvoll, um bestehende Modelle in standardisierte OPC UA-Strukturen zu überführen.

Die zunehmende Vernetzung und Standardisierung in der Industrie eröffnet neue Möglichkeiten zur einheitlichen Abbildung und Steuerung von Produktionssystemen. In dieser Arbeit hast du die Möglichkeit, ein zukunftsweisendes und auf Industriestandards basierendes Digital-Twin-Framework mitzugestalten, das Maschinensteuerung, Simulation und Überwachung vereint. Du arbeitest an der Schnittstelle von Forschung und Praxis und entwickelst Lösungen, die auf verschiedenste Produktionsmaschinen übertragbar sind.

Das dynamische Verhalten moderner Turbomaschinen, wie sie beispielsweise in Treibstoffpumpen der Raumfahrtindustrie (zum Beispiel in der Ariane-6-Trägerrakete) zum Einsatz kommen, wird maßgeblich durch die dynamischen Eigenschaften kombinierter axial und radial durchströmter Ringspalte bestimmt. Bis heute erfolgt die Auslegung solcher kombinierter Spalte jedoch ausschließlich getrennt voneinander. Aus diesem Grund soll am FST aufbauend auf diversen Vorarbeiten ein Framework geschaffen werden, das die am Institut bestehenden Tools zur Berechnung rein axial und rein radial durchströmter Ringspalte zu einem einzigen Berechnungstool für die Untersuchung beliebiger kombinierter Ringspalte zusammenführt.

The dynamic behaviour of modern turbomachinery, such as fuel pumps used in the aerospace industry (e.g. in the Ariane 6 launch vehicle), is largely determined by the dynamic properties of annular gaps. The flow within these gaps is either laminar, transient or turbulent. While the characteristics of these gaps in the asymptotic cases (i.e. purely laminar or purely turbulent flow) are well understood, recent experimental studies reveal a severe lack of understanding of their characteristics within the transition regime. As detection of the flow regime during experiments relies solely on integral values, modern numerical methods such as DNS simulations must be employed to further investigate the observed phenomena, e.g. the decrease in fluid film stiffness.

This interdisciplinary project, conducted in cooperation with an international partner from the field of neurobiology, aims to acoustically simulate the sound production of mole crickets . Crickets produce relatively loud sounds by stridulating ( rubbing ) their forewings together , relative to their body size and presumed energy expenditure , suggesting high acoustic efficiency. Furthermore, even small changes in the morphology of the wings ( e.g. , due to sexual dimorphism ) lead to a characteristic change in the emitted sound.

The goal of this thesis is to create an acoustic simulation of the sound generation of crickets' chirping . The simulation is intended to reproduce the phenomena described above in order to better understand them and, for example, to develop new bio-inspired design methods and actuator principles .

H2 wird als vielversprechender, potentiell klimaneutraler Kraftstoff und Energieträger der Zukunft gehandelt. Besonders im Nutzfahrzeugbereich bieten Antriebslösungen, die auf der Wasserstoffverbrennung basieren, technische und ökonomische Vorteile.

Klebverbindungen besitzen aufgrund vieler positiver Eigenschaften hohes Potential im Fügen moderner Werkstoffe. Beim Fügevorgang kann es jedoch vorkommen, dass der Klebstoff an den Fügeteilen nicht haftet. Dies wird als Adhäsionsbruch bezeichnet und schränkt das Vertrauen in die Klebtechnik deutlich ein. Genau hier setzt deine Master-Thesis an:

Bei fehlerhafter Adhäsionsbindung werden im Klebstoff keine Kräfte übertragen. Dadurch wird bei einer Schwingung innerhalb des Klebstoffs keine Energie dissipiert. Deine Aufgabe besteht in der schwingungstechnischen und akustischen Untersuchung von Proben mit unterschiedlich großen Anteilen fehlerhafter Adhäsionsbindung und der Entwicklung einer Messmethode, die ein Adhäsivversagen zerstörungsfrei detektieren kann.

Am Large Scale Turbine Rig (LSTR) werden fundamentale Untersuchungen zu Strömungsphänomenen und Interaktionsmechanismen in modernen Hochdruckturbinen durchgeführt. Im Fokus steht dabei ein Reynolds-skalierter Hochdruckturbinenrotor, der anhand eines Mach-ähnlichen Hochdruckturbinen-Prüfstands skaliert wurde. Die Reynolds-Skalierung bringt entscheidende Vorteile bei experimentellen Untersuchungen, bildet jedoch keine Machzahl-Effekte ab.

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.

Die effiziente Bewertung der strukturellen Integrität eines Bauteils mittels Deep Learning ermöglicht es, Materialauswahl und -verteilung als ein gemeinsames Optimierungsproblem zu betrachten. Dadurch kann der Lösungsraum flexibler und explorativer erschlossen werden, was die Entwicklung ganzheitlicher Konstruktionslösungen fördert.

Die Transportsektoren Luft- und Schifffahrt sind schwierig zu elektrifizieren. Biofuels mit negativen CO2-Emissionen können einen erheblichen Beitrag zur Nachhaltigkeit dieser Sektoren leisten. Am EST wurden dafür im Rahmen des Forschungsprojekts CARBIOW Reststoffe aus Biomasse in einem Wirbelschichtreaktor im 1 MWth Pilot-Maßstab und Labor.Maßstab zu Synthesegas umgewandelt. Nun soll der Prozess genauer mithilfe Simulationen in Aspen Plus untersucht werden. Prozesssimulationen untersucht werden.

Ammoniak (NH₃) und Wasserstoff (H₂) gelten als Schlüsselträger der klimaneutralen Energiezukunft, können bei der Verbrennung jedoch hohe NOx-Emissionen verursachen. Zur experimentellen Untersuchung dieser Emissionen unter realistischen Hochdruckbedingungen soll im Rahmen dieser Masterarbeit eine Druckbrennkammer mit optischen Zugängen für Lasermesstechnik wie Laserinduzierte Fluoreszenz oder Raman-/Rayleigh-Spektroskopie entwickelt, konstruiert und aufgebaut werden.

Themenbereiche:

1. Simulation von Kontaktverformungen in FEM (Siemens NX)

2. Parametrische Simulationsstudien

3. Analyse der Spannungsverteilung und Steifigkeit

4. Computergestützte Toleranzanalyse

Elektrische Maschinen erzeugen Wärme aufgrund von elektrischen Verlusten und mechanischer Reibung, wobei die Kühlung im Rotor-Stator-Spalt in der Regel auf die Luftzirkulation beschränkt ist. In dieser Studie wird die Wirkung der Einführung kleiner Flüssigkeitströpfchen in den Luftstrom zur Verbesserung der Wärmeübertragung untersucht. Durch die Untersuchung der aerosolbasierten Kühlung zielt diese Forschung darauf ab, das Wärmemanagement zu verbessern und die Effizienz elektrischer Maschinen zu erhöhen. Im Rahmen des Projekts wird ein kleiner Spalt (Außenzylinder) konstruiert und an einen bestehenden Aufbau angeschlossen. Anschließend werden Experimente zur Erzeugung und Analyse der Aerosolströmung im Spalt durchgeführt. Die Auswirkungen der Tröpfchen werden aufgezeichnet und analysiert, dann wird der Aerosolgenerator mit 3 verschiedenen Düsen charakterisiert.

The Institute for Simulation of Reactive Thermo-Fluid Systems (STFS) conducts cutting-edge research on reactive flows and alternative energy carriers. One of our focus areas is the combustion of metallic fuels, which have the potential to play a key role in future energy systems.

Aluminum, in particular, undergoes a unique combustion process where evaporated metal reacts with steam, forming hydrogen and aluminum oxide. The global reaction and transport rates are controlled by a multitude of tightly coupled processes, including phase changes, gas phase reactions, thermophoresis, and droplet shape evolution—key aspects that are not yet fully understood.

In this thesis, you will contribute to refining numerical models for these processes using OpenFOAM-based simulations. Your work will help improve the predictive capabilities of existing models, enabling more accurate simulations of aluminum combustion.

Do you have experience in CFD, physical modeling, or programming (Python/C++) in a Unix-based environment? If not, are you eager to develop these skills? If so, we encourage you to contact us for more information!

Themenbereiche:

1. Finite-Elemente-Methode (FEM) mit Siemens NX

2. Parametrische Simulationsstudien

3. Analyse der Spannungsverteilung und Steifigkeit

4. Computergestützte Toleranzanalyse

At the Institute for Energy Systems and Technology (EST), a promising CO2 capture process, the Indirectly Heated Carbonate Looping (IHCaL), is being developed for integration into lime and cement plants, to reduce the associated CO2 emissions. Combining IHCaL with other capture methods, such as absorption with monoethanolamine (MEA), could further reduce the specific energy consumption (SPECCA) and the cost of the entire system. Some hybrid solutions have been proposed, but a process optimization considering techno-economics is still required to assess the potential.

Revoltech ist ein junges Start-Up an der TU Darmstadt, das nachhaltige Lederalternativen entwickelt. Um die Nachhaltigkeit eines ihrer Produkte, MATTR mit Zahlen und Fakten zu untermauern, soll nun ein Life Cycle Assessment (LCA) durchgeführt werden. Die wissenschaftliche Herausforderung besteht hierbei im Umgang mit fehlenden Daten eines Produkts im Entwicklungsstadium und der Formulierung von Nachhaltigkeitsanforderungen.

The evaporation of liquid droplets, a phenomenon ubiquitous in daily life, has garnered significant attention in scientific research. Of particular interest is the evaporation of droplets laden with nonvolatile solutes, which results in intricate deposition patterns on the substrate. Understanding the mechanisms underlying the formation of these patterns is crucial for various technical applications, spanning from coating and inkjet printing to disease detection. This work delves into the development of a comprehensive model of the specific ring-like deposition patterns observed during the drying of droplets.

Im Rahmen des Forschungsprojektes FlowForLife wird ein mikrofluidisches Versorgungsnetzwerk für 3D Zellverbände entwickelt. Ein Teilaspekt der Netzwerkauslegung ist der Sauerstofftransport in der Umgebungsmatrix. Um diesen zu charakterisieren werden der Umgebungsmatrix Sauerstoff quenchende, lumineszente Partikel zugemischt. An jedem Partikel kann eine Sauerstoffkonzentration bestimmt werden.

Auf Basis dieser punktförmigen Konzentrationsdaten soll das Strömungsfeld in der porösen Umgebungsmatrix bestimmt werden. Dazu muss eine Lösung für die Konvektions-Diffusions-Gleichung gefunden werden, die das gemessene Konzentrationsfeld repräsentiert. Dabei muss die Massenerhaltung und Impulserhaltung für das zugrunde gelegte Strömungsfeld erfüllt sein. Eine Vielversprechender Ansatz um eine solche Lösung zu finden sind Physical-Informed-Neuronal-Networks (PINNs). In dieser Arbeit soll ein PINN-Code entwickelt werden und die erreichbare Genauigkeit evaluiert werden.

Entwickle mit uns Konstruktionsabläufe für die Zukunft!

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.