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.

Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, das Potenzial von QIF für eine automatisierte Toleranzanalyse zu untersuchen und es dabei mit anderen neutralen Datenformaten wie JT oder STEP zu vergleichen. Die erforderlichen Schritte zur Zielerreichung beinhalten zunächst eine Einarbeitung in die Themen Neutrale Austauschformate für CAD-Modelle und QIF. Anschließend soll eine Methodik entwickelt und implementiert werden, die sowohl ideale als auch reale (auf Punktewolken basierende) Geometrien in QIF speichert und miteinander vergleicht. Anhand real generierter Messdaten mit einem 3D-Scanner soll die Methode abschließend validiert werden.

Electrochemical systems play a vital role in the development of efficient, eco-friendly energy storage and conversion methods. Additive manufacturing is increasingly recognized as a promising approach for electrode production in these systems. In electrochemical systems, heat is often produced due to inefficient energy conversion or resistance losses. This affects the efficiency of the overall process. A possible solution is the creation of a cooling system that dissipates heat directly through channels within the electrode. This cooling system could be used in applications such as fuel cells.

Large-scale energy storage is a critical challenge for achieving a green economy. The metal energy cycle presents a promising approach by allowing cyclic combustion and reduction processes without CO2 emissions. Among potential energy carriers, iron powder stands out due to its favorable combustion characteristics. To accurately compare the iron cycle and its different iron reduction methods to competing energy storages, a simulative process analysis is needed.

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.

Ziel dieses studentischen Projekts ist die Inbetriebnahme und Kalibrierung eines Slip Length Tribometers (SLT) zur Messung der Gleitlänge bei unterschiedlichen Oberflächenrauheiten der oberen Platte. Die Studierende macht sich mit dem Aufbau und der Bedienung des SLT vertraut und führt eigenständig Messungen der Gleitlänge durch. Der Schwerpunkt des Projekts liegt auf der Inbetriebnahme der Kalibriervorrichtung sowie der Entwicklung und Implementierung eines Kalibriervorgangs, z. B. mithilfe von LabView.

Hydrogen has been recognized as one of the most promising pathways for decarbonizing the energy sector, while providing the required energy demands in an environmentally friendly manner. Proton exchange membrane (PEM) electrolyzers are a key technology for hydrogen production. However, for a large-scale adoption, enhancements in long-term operations are important. The durability of a PEM cell is negatively influenced by leaching of catalyst ions. To tackle this problem, it is of critical importance to understand the movement of metal ions near the catalyst layer and through the membrane. Novel experimental methods, such as fluorescence microscopy, can be used to investigate the electrochemical reaction and the transport of ions in a microfluidic PEM electrolyzer.

Das Carbonate-Looping-Verfahren (CaL) ist eine effiziente Technologie, um CO2 aus industriellen Rauchgasen abzuscheiden. Im Rahmen des CARMEN Projektes wird dieses Verfahren erstmals an realen industriellen Anlagen eingesetzt. Zudem sollen für diese Standorte kommerzielle CaL-Anlagen konzeptioniert und bilanziert werden. In dieser Arbeit soll für die Abwärmenutzung der CaL-Prozesse ein Dampfkreislauf-Modell erstellt werden, um Möglichkeiten für eine effiziente Abwärmenutzung zu bewerten.

Im Maschinenbau und insbesondere im Leichtbau ist eine effektive Schwingungsdämpfung ein wichtiges Entwicklungsziel. Zu hohe Schwingungsamplituden können zum einen zum frühzeitigen Versagen von Strukturen führen, zum anderen beeinträchten sie z.B. im Automobilbereich den Fahrkomfort durch eine erhöhte Schallabstrahlung vibrierender Oberflächen. Dämpfungsbeläge und Schwingungstilger sind klassische Maßnahmen zur Schwingungsberuhigung, gehen aber oft mit einer erhöhten Masse einher, was dem Leichtbaugedanken jedoch widerspricht.

Akustische schwarze Löcher (engl. Acoustic Black Hole, ABH) sind ein relativ neue Methode zur Schwingungsdämpfung und entsprechend zur Reduktion der Schallabstrahlung schwingender Strukturen. Das Prinzip lässt sich gut anhand eines eindimensionalen ABH erklären (siehe Abbildung). Hierbei erfährt ein Balken eine einseite Anregung. Die Transversalwelle läuft auf das ABH zu, das eine quadratische Verjüngung des Balkenquerschnitts darstellt. Diese Verjüngung führt zu einer Verlangsamung der Ausbreitungsgeschwindigkeit, sodass es im idealen Fall zu keiner Reflektion der Welle kommt. Da aus praktischen und fertigungstechnischen Gründen der Querschnitt nicht bis auf Null abnehmen kann, kommt es in der Realität zwar nicht zu einer völligen Auslöschung der Welle, dennoch können (auch durch das Anbringen eines kleinen Dämpfungsbelages am ABH) extrem hohe Dämpfungen erreicht werden.

In dieser Arbeit soll das Phänomen zunächst simulativ reproduziert werden. Im nächsten Schritt sollen eine neuartige Form eines ABH gefertigt werden und im Hinblick auf seine Effektivität und das Potential in der Industrie untersucht werden.

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.

In dieser Abschlussarbeit werden innovative, hybride Modelle (Machine Learning & physikalische Ansätze) für die Echtzeit-Qualitätskontrolle aus Kameradaten entwickelt. Das Projekt, durchgeführt in Kooperation mit einem führenden Industrieunternehmen, verbindet akademische Forschung mit direktem industriellen Anwendungsbezug und hohem Impact. Die Aufgaben bewegen sich an der Schnittstelle von Machine Vision, Data Science und Prozessautomatisierung, wobei der Schwerpunkt an eigene Interessen und Vorkenntnisse angepasst wird.

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.

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 ausgeschrieben Arbeiten dienen der Erweiterung eines Prüffeldes, das die anwendungsnahe Untersuchung der Pumpen im Betrieb mit Partikeln erlaubt.

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 ausgeschrieben Arbeiten dienen der Erweiterung eines Prüffeldes, das die anwendungsnahe Untersuchung der Pumpen im Betrieb mit Partikeln erlaubt.

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

Aufgrund der immer häufiger auftretenden extremen Wetterbedingungen kommt es immer häufiger zu Vereisungen von Flugzeugen. Die Untersuchung dieses Phänomens hat große Aufmerksamkeit erregt, insbesondere im Bereich der Flugsicherheit. Unsere Forschung zielt darauf ab, dieses Verständnis zu verbessern, indem wir die Auswirkungen von sich bewegenden Oberflächen mit Tropfenaufprall untersuchen und dabei Bedingungen simulieren, die denen eines Hubschraubers ähneln. Das Projekt umfasst die Durchführung von Experimenten unter Verwendung eines bestehenden Aufbaus, der einen einzelnen Wassertropfen auf eine rotierende Scheibe aufprallen lässt (es könnten sehr kleine Änderungen erforderlich sein). Der Aufprall wird mit einer synchronisierten Infrarot- und Hochgeschwindigkeitskamera aufgezeichnet. Die aufgenommenen Bilder werden analysiert, und die Dicke der entstehenden Eisschicht auf der Scheibe wird mit einem chromatischen Liniensensor (CLS) gemessen.

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.