Studentische Arbeiten
Bachelor- & Masterthesis / ADP & ARP / Hiwis

Dein Wissen in die Praxis umsetzen

Egal ob Abschlussarbeit, ADP/ARP oder Hiwi-Job: Am RSM bieten wir dir die Möglichkeit die Energiesysteme von morgen zu untersuchen und weiterzuentwickeln. Dabei umfassen unsere Arbeiten eine Vielzahl unterschiedlicher Tätigkeiten: Konstruktion und Adaptierung von Prüfständen, Entwicklung und Anwendung von Lasermesstechnik sowie Datenverarbeitung mit digitaler Bildverarbeitung und Machine Learning. Dabei ergeben sich immer neue spannende Forschungsfelder, die Teil deiner Arbeit am RSM sein können.

Für weitere aktuelle Themen am RSM, die nicht ausgeschrieben sind, sind unsere Gruppenleiter und immer gerne erreichbar. Schaue auch gerne in die bereits vergebenen Arbeiten, um potentielle Themen deiner Thesis oder studentischen Arbeit zu finden und bewerbe dich initiativ.

  • Entwicklung eines laserdiagnostischen Prüfstands zur Untersuchung von nachhaltigen, katalytischen Prozessen

    Development of a Laser Diagnostic Test Rig for the Investigation of Sustainable Catalytic Processes

    23.11.2022

    Masterthesis

    Die Expertise des Fachgebiets RSM soll zukünftig zur Diagnose industrieller katalytischer Verfahren eingesetzt werden. Konkret sollen Prozesse analysiert werden, welche nachhaltige Materialien einsetzen und effizientere Synthesepfade erlauben. Zur Entwicklung eines besseren phänomenologischen Verständnisses sowie zur Validierung von numerischen Modellen werden daher experimentelle Daten benötigt.

    Für die Applikation der laserbasierten Messtechnik in geringem Abstand zur katalytischen Oberfläche wird ein spezieller, optisch zugänglicher Strömungskanal benötigt. Dieser muss zum einen die Anwendung verschiedener Messtechniken direkt im Prozess (operando) ermöglichen, zum anderen aber auch kontrollierte und definierte Randbedingungen bieten. In vorangegangenen Arbeiten wurden jeweils das neuartige Raman-Spektrometer (siehe Abbildung) und der katalytische Strömungskanal getrennt voneinander entwickelt. In dieser Arbeit sollen die Teilsysteme erstmals kombiniert und erste quantitative Messungen durchgeführt werden.

    Betreuer/in: M.Eng. Konrad Koschnick

    Ausschreibung als PDF

  • Design and commissioning of a metal particle ignition reactor for iron particle ignition experiments

    Konstruktion und Inbetriebnahme eines Metallteilchen-Zündreaktors für Experimente zur Zündung von Eisenpartikeln

    19.10.2022

    Masterthesis, Bachelorthesis, Advanced Design Project (ADP)

    The project Clean Circles is dedicated to solving global energy problems by using iron as CO2-free, renewable and efficient chemical energy carrier. First, electricity from renewables is used to reduce iron oxide (energy storage). Then, the iron is oxidized to release thermal energy for electricity generation at a different place and time (energy release). In the collaborative research project, scientists and students from different Universities work closely on numerous experiments and simulations.

    In this student work, a new metal particle ignition reactor (MPIR) with well-defined boundary conditions should be designed and tested for single iron particle experiments. MPIR will include three modules: electrostatic-based single particle generator, an optically accessible ignition channel, and an external heating system by an annular gas flame. The concept of MPIR originates from the so-called micro-flow reactor (see Fig. 1), which has been successfully applied for gaseous and liquid fuel ignition studies. The advantage of this setup is to study the ignition/reaction kinetic by converting the trainsient process to a space-dependent process. Within this work, this concept should be realized for metal fuel ignition measurements.

    The topic is suitable for ADP, Bachelor and Master theses, and the work tasks are adapted accordingly.

    Betreuer/in: Dr.-Ing. Tao Li

    Ausschreibung als PDF

  • Entwicklung und Anwendung eines Auswertetools zur Untersuchung digitaler Hologramme für die optische Messung in Eisenpartikel-Flammen

    Development and application of a digital holography evaluation tool for optical diagnostics within iron particle flames

    22.06.2022

    Masterthesis

    Zur Charakterisierung dieser Oxidationseigenschaften in verschiedenen Brennerkonfigurationen ist es von hohem Interesse, Partikelgrößen, -abstand und -geschwindigkeit in situ zu bestimmen. Digital Holography stellt hierfür eine geeignete Messtechnik dar, die in der Literatur bereits in vielen Arbeiten dokumentiert wurde. Innerhalb dieser Arbeit soll ein Auswertetool erstellt werden, das Hologramme simuliert und die Rekonstruktion der zu messenden Parameter aus gemessenen Datensätzen erlaubt. Weiterhin sollen experimentelle Daten in generischen Konfigurationen aufgenommen werden und mit Hilfe des erstellten Programms ausgewertet werden.

    Betreuer/innen: Dipl.-Ing. Thomas Krenn, M.Sc. Christopher Geschwindner

    Ausschreibung als PDF

  • Numerische Untersuchung nicht-invasiver und invasiver Messmethoden zur Bestimmung von Schadstoffen in Abgassystemen

    Numerical investigation of non-invasive and invasive measurement methods to determine pollutants in exhaust gas systems

    24.01.2022

    Bachelorthesis

    Am Fachgebiet Reaktive Strömungen und Messtechnik (RSM) beschäftigt sich eine Arbeitsgruppe mit laserspektroskopischer Diagnostik zur Untersuchung der Vorgänge während der Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Hierzu wurden bereits verschiedene innovative Messmethoden zum Nachweis der Abgasbestandteile entwickelt. Im Unterschied zu gängigen Methoden zur Messung der Abgaszusammensetzung sind die entwickelten Methoden nicht-invasiv. Dazu wird das Abgas durch eine Kammer geleitet und mithilfe laserspektroskopischer Diagnostik untersucht. Dieses Verfahren ermöglicht Messungen im Abgas mit wesentlich kleineren Unsicherheiten als bei invasiven Methoden. In dieser Arbeit soll untersucht werden, wie Robust der entwickelte Ansatz ist hinsichtlich der Vielfalt an Bedingungen, die in einem Abgassystem vorherrschen können. Beispielsweise ergeben sich bei Volllast andere Massenströme, Temperaturen und Gaszusammensetzungen als beim Kaltstart.

    Ziel dieser Arbeit ist es, mithilfe von Simulationen die verschiedenen Betriebszustände zu untersuchen und mögliche Einflüsse auf die Messmethode (beispielsweise durch starke Inhomogenitäten in Temperatur und Zusammensetzung des Abgases) zu evaluieren. Dazu soll die Open-Source C++ Bibliothek OpenFOAM verwendet werden. Ergänzend sollen mögliche Unsicherheiten bei der Messung der Abgaszusammensetzung mit invasiven Messmethoden herausgearbeitet werden und anhand numerischer Berechnungen belegt werden.

    Betreuer/innen: Dr. rer. nat. Steven Wagner, Dr.-Ing. Louis Dreßler

    Ausschreibung als PDF

  • Bestimmung der laminaren Brenngeschwindigkeit eines vorverdampften synthetischen Kraftstoffes mittels laserbasierter Messmethoden (PIV / PLIF)

    Determination of the laminar burning velocity of a prevaporized synthetic fuel by using laser based methods (PIV / PLIF)

    29.07.2021

    Masterthesis

    Regenerative synthetisierte Kraftstoffe, sogenannte E-Fuels, bieten ein hohes Potenzial hinsichtlich der sektorübergreifenden Nutzung erneuerbarer Energien. Dabei gilt Oxymethylenether (OME) aufgrund der nahezu rußfreien Verbrennung als vielversprechender Dieselersatzkraftstoff. Zur Weiterentwicklung dieser Brennstoffe bedarf es der Charakterisierung hinsichtlich ihrer strömungs- und verbrennungstechnischen Eigenschaften. Diese Experimentaldaten sind zur Validierung der relevanten numerischen Modelle sowie Simulationen unabdingbar. Als Messprinzip werden die laserbasierten Techniken der particle image velocimetry (PIV) und der planaren laserinduzierten fluoreszenz (PLIF, hier speziell das OH-Molekül) eingesetzt. Ziel ist die Gewinnung von konditionierten Informationen über das Geschwindigkeitsfeld und der Flammenstruktur eines vorverdampften synthetischen Kraftstoffes und seiner laminaren Brenngeschwindigkeit in einer Gegenstrombrennerkonfiguration.

    Betreuer/in: M.Sc. Steffen Walther

    Ausschreibung als PDF

  • Weiterentwicklung eines laser-optischen Sensors zur reflektiven Erfassung von Flüssigkeitsfilmdicken auf Metalloberflächen

    Improvement of a laser-optical sensor for the detection of liquid film thicknesses on metal surfaces

    09.07.2021

    Masterthesis

    Die Arbeitsgruppe Hochtemperatur-Prozessdiagnostik im Fachgebiet Reaktive Strömung und Messtechnik (RSM) entwickelt auf Absorptionsspektroskopie basierende Sensoren zur Untersuchung von wandnahen chemischen Prozessen, wie sie z.B. bei der NOx-Reduktion im Abgasstrang vorkommen. Um zukünftig die Schadstoffreduktion, Chemie und Ablagerungsbildung bei der SCR-Katalyse besser verstehen und modellieren zu können, sind generische Experimente notwendig, welche die Prozesse im Abgasstrang systematisch als Funktion der Anfangs- und Randbedingungen vereinfachend untersuchen. Dazu wurde am Fachgebiet bereits ein Prüfstand konzipiert, an dem unter anderem sich, durch AdBlue-Injektion, bildende Filme untersucht werden.

    Der bereits bestehende Filmdickensensor ermöglicht Messungen von Filmen auf einer Quarzglasscheibe entlang einer Linie im Durchlichtverfahren. Ziel der Arbeit ist es, den Sensor mittels eines neuen Objektives so anzupassen, dass Messungen reflektiv auf einer Metalloberfläche möglich sind. Anschließend soll eine Validierung des Sensors durchgeführt werden und Filmdicken bei verschiedenen Betriebsbedingungen im Abgaskanal des Institutes bestimmt werden.

    Betreuer/innen: M.Sc. Anna von der Heyden, Dr. rer. nat. Steven Wagner

    Ausschreibung als PDF

  • Masterthesis

    Am Fachgebiet Reaktive Strömungen und Messtechnik (RSM) beschäftigt sich eine Arbeitsgruppe mit laserspektroskopischer Diagnostik zur Untersuchung der Vorgänge während der Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Hierzu wurde bereits verschiedene innovative Messmethoden zum sensitiven Nachweis der Abgasbestandteile entwickelt.

    Mit Blick auf die weitere Verschärfung der gesetzlichen Vorgaben zum Ausstoß von Partikeln von Kraftfahrzeugen, aber auch industriellen Prozessen wird es notwendig auch hier neuartige Verfahren zur Messung von Partikelparametern zu entwickeln. Für die Untersuchung der Partikelbeladung im Abgas (Menge, Masse, Größe) von verschiedenen thermochemischen Prozessen soll daher ein Messaufbau auf Basis laseroptischer Methoden entwickelt und hinsichtlich der Nachweisgrenzen charakterisiert werden.

    Im Rahmen der Masterarbeit soll daher zunächst ein Benchmark verschiedener Ideen zur Messung besonders kleiner Partikel in einem Heißgasstrom durchgeführt und hierauf aufbauend ein erster optischer Aufbau eines oder mehrerer optischer Systeme erfolgen. Hiermit sollen die erreichbaren Nachweisgrenzen bei der Bestimmung der verschiedenen Partikelparameter charakterisiert werden.

    Betreuer/in: Dr. rer. nat. Steven Wagner

    Ausschreibung als PDF

  • Design and commissioning of a metal particle ignition reactor for iron particle ignition experiments

    Konstruktion und Inbetriebnahme eines Metallteilchen-Zündreaktors für Experimente zur Zündung von Eisenpartikeln

    19.10.2022

    Masterthesis, Bachelorthesis, Advanced Design Project (ADP)

    The project Clean Circles is dedicated to solving global energy problems by using iron as CO2-free, renewable and efficient chemical energy carrier. First, electricity from renewables is used to reduce iron oxide (energy storage). Then, the iron is oxidized to release thermal energy for electricity generation at a different place and time (energy release). In the collaborative research project, scientists and students from different Universities work closely on numerous experiments and simulations.

    In this student work, a new metal particle ignition reactor (MPIR) with well-defined boundary conditions should be designed and tested for single iron particle experiments. MPIR will include three modules: electrostatic-based single particle generator, an optically accessible ignition channel, and an external heating system by an annular gas flame. The concept of MPIR originates from the so-called micro-flow reactor (see Fig. 1), which has been successfully applied for gaseous and liquid fuel ignition studies. The advantage of this setup is to study the ignition/reaction kinetic by converting the trainsient process to a space-dependent process. Within this work, this concept should be realized for metal fuel ignition measurements.

    The topic is suitable for ADP, Bachelor and Master theses, and the work tasks are adapted accordingly.

    Betreuer/in: Dr.-Ing. Tao Li

    Ausschreibung als PDF

  • Entwicklung eines Beleuchtungskonzepts für einen mehrdi-mensionalen Filmdickensensor

    Development of an illumination concept for a multidimensional film thickness sensor

    10.12.2021

    Advanced Design Project (ADP)

    Die Arbeitsgruppe Hochtemperatur-Prozessdiagnostik im Fachgebiet Reaktive Strömung und Messtechnik (RSM) entwickelt auf Absorptionsspektroskopie basierende Sensoren zur Untersuchung wandnaher reaktiver Strömungen, wie sie z.B. in SCR-Systemen zur Reduktion von Stickoxiden vorkommen. Infolge der Einspritzung von Flüssigkeiten bilden sich in solchen Umgebungen häufig dünne Filme auf den Systemwänden, welche die Effizienz und Robustheit der Prozesse erheblich beeinflussen können. Um ein tieferes Verständnis der zugrundeliegenden Phänomene zu erlangen, sollen in generischen Experimenten unter vereinfachten Randbedingungen relevante Prozessparameter erfasst werden. Ein entscheidender Parameter hierbei ist die Dicke der sich ausbildenden Flüssigkeitsfilme.

    Ein bestehender Filmdickensensor ermöglicht die Messung von Flüssigkeitsfilmdicken an einem einzelnen Punkt. Derzeit wird das Sensorsystem erweitert, um auch mehrdimensionale Filmdickenmessungen zu ermöglichen. Neben einer Kamera zur räumlich aufgelösten Intensitätsmessung erfordert dies eine möglichst homogene, flächige Beleuchtung. Im Rahmen des hier ausgeschriebenen Advanced Design Projects soll ein geeignetes Beleuchtungskonzept entwickelt und erprobt werden.

    Betreuer/innen: M.Sc. Matthias Bonarens, M.Sc. Anna von der Heyden

    Ausschreibung als PDF

  • Advanced Design Project (ADP)

    Bundesweit wird die Luftqualität durch die Erhebung verschiedener Parameter (SO2, NO, NO2, CO, O3, Feinstaub (PM10 und PM2,5), Benzol/Toluol/Xylol) kontrolliert (https://www.hlnug.de/?id=446). Die derzeit verwendeten Messmethoden erfordern eine umfangreiche Instrumentierung, regelmäßige Kalibration und Wartung sowie eine extraktive Beprobung. In diesem Projekt soll in Zusammenarbeit mit dem Hessischen Landesamtes für Naturschutz, Umwelt und Geologie (HLNUG) zunächst geprüft werden, ob und mit welchem Aufwand diese Parameter mit der Absorptionsspektrometrie erfasst werden können.

    Für die zugänglichen Parameter soll ein Prototyp entwickelt, Nachweisgrenzen bestimmt und dessen Eignung durch Vergleichsmessungen an Luftmessstationen des HLNUG demonstriert werden.

    In einem weiteren Schritt soll betrachtet werden, wie die Absorptionsspektrometrie, z.B. durch eine innovative Messgeometrie, zur Verbesserung der Repräsentativität der Messwerte beitragen kann.

    Betreuer/in: Dr. rer. nat. Steven Wagner

    Ausschreibung als PDF

  • Experimentelle Charakterisierung eines Injektors

    Experimental Characterization of an Injector

    24.06.2021

    Advanced Design Project (ADP)

    Um neuartige, regenerative Kraftstoffe (eFuels, z.B. Wasserstoff) in Motoren einsetzen zu können, müssen die Auswirkungen auf die physikalischen Prozesse verstanden werden. Mit einer Saugrohreinspritzung (PFI) kann ein homogenes, mageres Gemisch erzeugt werden, um dann gezielt die Auswirkung einer Direkteinspritzung zu untersuchen.

    In dieser Arbeit geht es darum, die aktuell verwendeten Injektoren in Bezug auf die eingespritzte Masse zu charakterisieren. Dabei müssen verschiedene atmosphärische Drücke und Temperaturen berücksichtigt werden. Nach Konzeption des Messaufbaus sollen die Messungen durchgeführt und ausgewertet werden.

    Betreuer/innen: M.Sc. Marius Schmidt, M.Sc. Lars Illmann

    Ausschreibung als PDF

  • Advanced Design Project (ADP)

    Am Fachgebiet Reaktive Strömungen und Messtechnik (RSM) beschäftigt sich eine Arbeitsgruppe mit laserspektroskopischer Diagnostik zur Untersuchung der Vorgänge während der Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Hierzu wurde bereits verschiedene innovative Messmethoden zum sensitiven Nachweis der Abgasbestandteile entwickelt.

    Mit Blick auf die weitere Verschärfung der gesetzlichen Vorgaben zum Ausstoß von Partikeln von Kraftfahrzeugen, aber auch industriellen Prozessen wird es notwendig auch hier neuartige Verfahren zur Messung von Partikelparametern zu entwickeln. Für die Untersuchung der Partikelbeladung im Abgas (Menge, Masse, Größe) von verschiedenen thermo-chemischen Prozessen soll daher ein Messaufbau auf Basis laser-optischer Methoden entwickelt und hinsichtlich der Nachweisgrenzen charakterisiert werden.

    Im Rahmen des ADP soll daher zunächst ein Benchmark verschiedener Ideen zur Messung besonders kleiner Partikel in einem Heißgasstrom durchgeführt und hierauf aufbauend ein erster optischer Aufbau eines oder mehrerer optischer Systeme erfolgen.

    Betreuer/in: Dr. rer. nat. Steven Wagner

    Ausschreibung als PDF

Typische Aufgaben eines Hiwis an unserem Institut umfassen die konstruktive Adaptierung von Prüfständen, die Hilfe bei lasermesstechnischen Messkampagnen oder die computergestützte Auswertung von Messdaten.

  • Unterstützung in der Entwicklung eines laserdiagnostischen Prüfstands zur Untersuchung von nachhaltigen, katalytischen Prozessen

    Support in the Development of a Laser Diagnostic Test Rig for the Investigation of Sustainable Catalytic Processes

    23.11.2022

    Die Expertise des Fachgebiets RSM soll zukünftig zur Diagnose industrieller katalytischer Verfahren eingesetzt werden. Konkret sollen Prozesse analysiert werden, welche nachhaltige Materialien einsetzen und effizientere Synthesepfade erlauben. Zur Entwicklung eines besseren phänomenologischen Verständnisses sowie zur Validierung von numerischen Modellen werden daher experimentelle Daten benötigt.

    In aktuellen Abschluss- und Forschungsarbeiten wird ein katalytischer Strömungskanal zu diesem Zweck entwickelt. Die Besonderheit liegt in einer aufwendigen elektrischen Vorheizung des Kanals bestehend aus 24 Heizelementen und 33 Thermoelementen, welche über Interfaces/Hardware der Firma Tinkerforge und ein LabVIEW Programm geregelt werden sollen.

    Neben dem Heizsystem besteht eine weitere Aufgabe in der Dosierung der teilweise flüssigen Grundstoffe, die am Katalysator reagieren sollen. Dieses muss nun in Betrieb genommen und validiert werden.

    Betreuer/in: M.Eng. Konrad Koschnick

    Ausschreibung als PDF

  • Entwicklung einer laserdiagnostischen Messmethode zur Bestimmung der atomaren Zusammensetzung von Eisenpartikeln in reaktiven Prozessen

    Development of a laser diagnostic measurement method to determine the atomic composition of iron particles in reactive processes

    29.11.2022

    Masterthesis

    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.

    Nachdem in vorangegangenen Masterarbeiten der Messaufbau in Betrieb genommen wurde, soll mithilfe dieser Arbeit die Detektionseinheit noch erweitert werden um den gesamten relevanten spektralen Wellenlängenbereich detektieren zu können. Im Anschluss sollen weitere Parameter untersucht werden, die einen Einfluss auf das Messsignal aufweisen (bspw. Laserpulslänge, zeitaufgelöste Analyse des Plasmas, …). Nach der Durchführung verschiedener Messreihen sollen zwei Auswertemethoden zur Bestimmung des Fe-O-Verhältnisses der einzelnen Partikel getestet und gegeneinander verglichen werden.

    Betreuer/in: M.Sc. Maximilian Dorscht

    Ausschreibung als PDF

  • Masterthesis

    Das Fachgebiet RSM beschäftigt sich mit der optischen und spektroskopischen Untersuchung reaktiver Strömungen. Diese Expertise soll zukünftig zur Diagnose industrieller katalytischer Verfahren eingesetzt werden. Konkret sollen heterogen-katalytische Prozesse analysiert werden, bei denen hohe Temperaturen und kurze Kontaktzeiten der Reaktanden mit dem Katalysator vorherrschen. Um die auftretenden Gasphasenreaktionen besser zu verstehen, soll eine neue Sensorik entwickelt werden, welche es erlaubt, erstmalig die Konzentrationen als Funktion des räumlichen Abstands vom Katalysator zu messen. Als Messprinzip wird die spontane Raman-Spektroskopie eingesetzt. Zur räumlichen Auflösung der Gaskonzentrationen, soll ein neuartiges, speziell auf die Anforderungen in katalytischen Prozessen ausgerichtetes Spektrometer entwickelt und konstruiert werden. Im Detail gilt es, die das Messsignal störende, breitbandige Hintergrundstrahlung glühender Katalysatoroberflächen im Spektrometer mittels eines neuen, bereits erarbeiteten Konzepts möglichst weit zu reduzieren.

    Betreuer/in: M.Eng. Konrad Koschnick

    Ausschreibung als PDF

  • Masterthesis

    Das „Labor für Optische Diagnosemethoden und Erneuerbare Energien“ der Hochschule Darmstadt beschäftigt sich in Kooperation mit der TU Darmstadt (Fachgebiet RSM) mit der optischen Analyse reaktiver Strömungen. Diese Expertise soll zukünftig zur Diagnose industrieller katalytischer Verfahren eingesetzt werden. Konkret sollen heterogen-katalytische Prozesse analysiert werden, bei denen hohe Temperaturen und kurze Kontaktzeiten der Reaktanden mit dem Katalysator vorherrschen. Um die auftretenden Gasphasenreaktionen besser zu verstehen, soll eine neue Sensorik entwickelt werden, welche es erlaubt, erstmalig die Konzentrationen als Funktion des räumlichen Abstands vom Katalysator zu messen.

    Betreuer/in: M.Eng. Konrad Koschnick

    Ausschreibung als PDF

  • Ignition and burn time of single iron particles in oxygen-enriched atmospheres

    Zündung und Brenndauer einzelner Eisenpartikel in sauerstoffangereicherten Atmosphären

    07.10.2022

    Masterthesis, Bachelorthesis

    The project Clean Circles is dedicated to solving global energy problems by using iron as CO2-free, renewable and efficient chemical energy carrier. First, electricity from renewables is used to reduce iron oxide (energy storage). Then, the iron is oxidized to release thermal energy for electricity generation at a different place and time (energy release). In the collaborative research project, scientists and students from different Universities work closely on numerous experiments and simulations.

    In this thesis, the ignition and burn time of single iron particles should be experimentally investigated. Using an existing laminar flow reactor, iron particles will be seeded in high-temperature and oxygen-rich environments, which are generated by lean methane flames. The ignition delay time and entire burn time will be measured with high-speed scientific cameras. At the same time, the particle size will be in-situ detected by measuring the shadow of particles. Different particle sizes will be investigated with increasing oxygen concentration in the gas atmospheres. By evaluating the data, the influences of particle size and oxygen concentration on the particle ignition and burn time should be focused on. This would provide a better understanding of oxidation stages at the single-particle level.

    Betreuer/innen: M.Sc. Anton Sperling, Dr.-Ing. Tao Li

    Ausschreibung als PDF

  • Experimentelle Untersuchung der Blasendynamik während Alkalischer Wasserelektrolyse

    Experimental investigation of bubble dynamics during alkaline water electrolysis

    04.10.2022

    Masterthesis

    Im Rahmen der Energiewende kommt grünem Wasserstoff eine zentrale Bedeutung als chemischer Energieträger für Hochtemperaturprozesse oder als Ausgangsstoff für synthetische CO2-neutrale Brennstoffe zu. Eine Möglichkeit, Wasserstoff in großen Mengen zu produzieren, ist die alkalische Wasserelektrolyse, die in großskaligen Anlagen überschüssige elektrische Energie aus Windkraft- und Photovoltaikanlagen für den Betrieb nutzen.

    Bei der Elektrolyse kommt es zur Blasenbildung an den Elektroden. Insbesondere die Effizienz auf der Sauerstoffseite ist potentiell durch den Mehrphasentransport limitiert. Anschaulich gesprochen ist die Elektrode in den Bereichen, in denen sie nicht mit Elektrolyt benetzt ist, sondern eine Sauerstoffblase anhaftet, in ihrer Aktivität behindert. Den Prozess der Blasenbildung und -ablösung im Detail zu untersuchen ist Ziel dieser Arbeit. Hierzu sollen an generischen Konfigurationen optische Messungen durchgeführt werden.

    Die Arbeit ist innerhalb des PrometH2eus-Verbundes im Rahmen des Leitprojekts H2Giga, gefördert durch das BMBF, angesiedelt. Es bestehen enge Kooperationen mit Partnern aus der Industrie sowie weiteren Forschungseinrichtungen inner- und außerhalb der TU Darmstadt.

    Betreuer/in: Dr.-Ing. Max Greifenstein

    Ausschreibung als PDF

  • Quantifizierung der Messfehler von Line-of-Sight-Methoden für die Charakterisierung partikelbeladener Strömungen mithilfe von Imaging-Simulationen

    Quantification of measurement errors of line-of-sight methods for the characterization of particle-laden flows using imaging simulations

    04.07.2022

    Bachelorthesis

    Partikelbeladene Strömungen sind in einer Vielzahl von Anwendungen in Natur und Technik allgegenwärtig. Dies umfasst beispielsweise die thermochemische Oxidation von Eisenstaub in einem Brenner oder den Transport von Sedimenten in Flüssen oder Wolken. Zur experimentellen Untersuchung der physikochemischen Phänomene in solch komplexen Strömungen liefern optische Methoden wie die Diffuse Back-Illumination (DBI) Daten, deren Messfehler unter anderem aufgrund von hohen Partikeldichten sehr groß werden können.

    Eine Quantifizierung der Messfehler und deren Einflussparameter erfordert die gleichzeitige Kenntnis der wahren und gemessenen Größen. Da dies in der Realität jedoch nur unter eingeschränkten Bedingungen möglich ist, soll eine solche Messung in Software simuliert und die Messfehler des optischen Systems idealisiert quantifiziert werden. Ein solches Imaging-Tool wurde am RSM bereits erfolgreich programmiert und eingesetzt und soll innerhalb dieser Arbeit weiter verbessert werden. Hierbei soll das Tool insbesondere genutzt werden um die wichtigsten Einflussgrößen auf die Messfehler unterschiedlicher Parameter wie Partikelanzahldichte, -größe, -volumen etc. zu identifizieren und Handlungsanweisungen für Experimentatoren abzuleiten. Hierzu sind sowohl Kenntnisse der analytischen Geometrie im Kontext von Computer Vision, der Programmierung solcher Zusammenhänge in MATLAB und der Datenauswertung hilfreich.

    Betreuer/in: M.Sc. Christopher Geschwindner

    Ausschreibung als PDF

  • Design and commissioning of a flat flame burner for studying premixed NH3/H2 combustion

    Konstruktion und Inbetriebsnahme eines Flachflammenbrenners zur Untersuchung der Verbrennung von vorgemischtem NH3/H2

    13.06.2022

    Masterthesis, Bachelorthesis

    The institute of Reactive Flows and Diagnostics focuses on fundamental combustion research and has established world-class combustion laboratories with novel optical diagnostics methods. Advanced imaging methods combing modern lasers and cameras enable understanding complex processes in gas and solid combustion.

    Reducing the carbon footprint in the energy sector has become a key challenge of this century that requires global collaborative efforts. Germany has committed to achieving carbon neutrality by 2045. Chemical storage of renewable energy such as wind and solar, followed by thermochemical conversion for energy utilization, is an important pathway to ensure a smooth transition to a carbon-neutral economy. The carbon-free nature of hydrogen (H2) and ammonia (NH3) has attracted considerable attention as potential substitutes for carbonaceous fuels. Both hydrogen and ammonia have very distinct combustion characteristics compared to hydrocarbons. Strategically cofiring NH3 and H2 appears to be well suited to remedy the difficulties in utilizing either fuel. However, NH3 and NOx emission and combustion instabilities are of critical importance in NH3/H2 combustion. To enable industrial facilities to be operated with NH3/H2 blends, fundamental understandings of the combustion characteristics under various conditions are urgently needed.

    For studying both emission and flame stabilization, quantitative multi-scalar data are of essential importance and provide novel insights into combustion chemistry. Simultaneous measurements of temperature and concentration of major species are only possible with combined Raman/Rayleigh scattering. However, due to incomplete spectral data libraries for high temperatures, this method requires careful calibrations in a flame with know temperature and concentrations, usually in a flat flame burner. Previous burner design used for hydrocarbon fuels are not suited for operating with NH3/H2 fuels. A new flat flame burner needs to be constructed and tested for a large variety of operation conditions (e.g., mixtures and equivalence ratio). The burner should be experimentally characterized using advanced laser diagnostics.

    The topic is suitable for both Bachelor and Master theses, and the work tasks are adapted accordingly.

    Betreuer/in: Dr.-Ing. Tao Li

    Ausschreibung als PDF

  • Masterthesis

    In the pharmaceutical industry, the conversion of crystalline drugs to amorphous solid dispersions (ASDs) is a critical step in the process of manufacturing consumable tablets. To accomplish this, crystalline drugs are mixed with a polymer using a solvent, then the mixture is atomized through a spray drying nozzle, and finally the solvent is evaporated leaving behind the manufacturing-friendly ASDs.

    To effectively conduct a spray drying process, spray atomization is the key aspect. Therefore, the goal of this project is to use state-of-the-art laser diagnostic techniques to improve the physical understanding of the atomization process of the GEA PSD-1 spray dryer for the manufacturing of ASDs. This novel approach will first employ particle image velocimetry (PIV) to characterize the velocity field of the gas phase near the nozzle. Diffuse back-illumination (DBI) will then be used to characterize the spray morphology (opening angle, penetration length) of a mixture of the polymer Copovidone and a solvent. After characterizing the spray and flow with several operating conditions, correlations will be derived for the calculation of spray characteristics of the GEA PSD-1 nozzle.

    Betreuer/innen: M.Sc. Cooper Welch, Dr.-Ing. Florian Ries

  • Laserdiagnostische Untersuchung der atomaren Zusammensetzung von Eisenpartikeln in Energiespeicherprozessen

    Laser Diagnostic Study of the atomic Composition of Iron Particles in Energy Storage Processes

    02.05.2022

    Masterthesis

    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.

    Nachdem in einer vorrangegangenen Masterarbeit ein erster vereinfachter Messaufbau in Betreib genommen wurde soll dieser mithilfe der erarbeiteten Verbesserungen optimiert werden. Hierbei ist vor allem die Inbetriebnahme einer verbesserten Detektionseinheit zur Analyse der Plasmastrahlung entscheidend für eine genaue Bestimmung des Fe-O-Verhältnisses der einzelnen Partikel. Die Aufgabe umfasst anschießend die Durchführung von Experimenten unter Variation verschiedener Einflussparameter auf das LIBS-Signal. Mit den erzielten Daten ist anschließend ein Auswertungsschema zu Erstellen mit dem vom LIBS-Signal der Oxidzustand einzelner Partikel bestimmt werden kann.

    Betreuer/in: M.Sc. Maximilian Dorscht

    Ausschreibung als PDF

  • Entwicklung eines Partikelabscheiders zur Prozessierung von Eisenpulver

    Development of a particle separator for processing iron powder

    25.04.2022

    Bachelorthesis

    Fossile Energieträger müssen in absehbare Zeit durch erneuerbare Energiequellen ersetzt werden. Die Speicherung und der Transport großer Mengen erneuerbarer Energie stellt bei der Energiewende eine zentrale Herausforderung dar.

    Im Zuge des Verbundvorhabens Clean Circles wird Eisenpulver als Energieträger erforscht. Eisen wird hierbei in einem Energie- Stoffkreislauf geführt. Zunächst wird Eisenoxid mit Hilfe von Wasserstoff aus erneuerbaren Quellen zu Eisen reduziert. Das so gewonnene Eisen kann gelagert und transportiert werden. Durch die Oxidation (Verbrennung) des Eisens zu Eisenoxid kann die Energie zurückgewonnen werden. Dieser Prozess ist vollkommen CO2-frei.

    Betreuer/innen: M.Sc. Janik Hebel , Dipl.-Ing. Thomas Krenn

    Ausschreibung als PDF

  • Entwicklung eines Partikelanalysators zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung

    Development of a particle analyser for particle size distribution measurements

    25.04.2022

    Advanced Design Project (ADP)

    Fossile Energieträger müssen in absehbare Zeit durch erneuerbare Energiequellen ersetzt werden. Die Speicherung und der Transport großer Mengen erneuerbarer Energie stellt bei der Energiewende eine zentrale Herausforderung dar.

    Im Zuge des Verbundvorhabens Clean Circles wird Eisenpulver als Energieträger erforscht. Eisen wird hierbei in einem Energie- Stoffkreislauf geführt. Zunächst wird Eisenoxid mit Hilfe von Wasserstoff aus erneuerbaren Quellen zu Eisen reduziert. Das so gewonnene Eisen kann gelagert und transportiert werden. Durch die Oxidation (Verbrennung) des Eisens zu Eisenoxid kann die Energie zurückgewonnen werden. Dieser Prozess ist vollkommen CO2-frei.

    Betreuer/innen: M.Sc. Janik Hebel , Dipl.-Ing. Thomas Krenn

    Ausschreibung als PDF

  • Laserinduzierte Fluoreszenz: Messung von Mischungsvorgängen

    Laser-induced fluorescence: measurement of mixing processes

    24.03.2022

    Bachelorthesis

    Mit laserbasierter, optischer Diagnostik können nicht-intrusiv und hochauflösend komplexe physikalische Systeme untersucht werden. Laserinduzierte Fluoreszenz (LIF) eignet sich um räumlich und zeitlich aufgelöst Informationen über z.B. die Temperatur oder die Mischung in einer Strömung zu erlangen. Dabei werden die Moleküle mit einem Laser angeregt und die charakteristische Fluoreszenzemission mit (Hochgeschwindigkeits-)Kameras detektiert.

    In dieser Arbeit geht es darum mittels sogenannter zwei-Farben bzw. zwei-Linien-LIF Mischungsvorgänge in einem optisch zugänglichen Motor zu untersuchen. Ziel dieses Grundlagenexperimentes ist es, den Gasaustausch zwischen Zyklen und die Interaktion zwischen der Gasströmung und einem eingespritzten Spray zu visualisieren und zu charakterisieren.

    Im Rahmen der Arbeit soll dafür die genaue Methodik ausgewählt, das Experiment aufgebaut und durchgeführt und die gesammelten Daten ausgewertet und analysiert werden.

    Betreuer/innen: M.Sc. Marius Schmidt, M.Sc. Cooper Welch

    Ausschreibung als PDF

  • Masterthesis

    Ziel der Arbeit ist es, die Spezies-Konzentrationen aus einer Raman-Messung in einer Ethanol-Flamme mittels der sog. „Spectral Fit“ Methode auszuwerten. Dazu bedarf es im ersten Schritt der Messung der Raman Roh-Daten bei einem geeigneten Betriebspunkt. Die Rohdaten beinhalten dann die Signal-Antworten aller bei der Verbrennung bzw. im Probelvolumen des Lasers vorkommenden Spezies. Die verschiedenen Signal-Antworten und z.B. Hintergrund-Signal sind teilweise spektral sehr stark überlagert und müssen im post-processing entsprechend zugeordnet werden. Hierzu soll ein spektraler Fit Algorithmus entwickelt werden, der die Einzelsignale (aus einer Bibliothek, die in zahlreichen Vorarbeiten erarbeitet wurde) auf das Roh-Signal fittet bzw. in einem iterativen Verfahren optimiert.

    Betreuer/in: M.Eng. Konrad Koschnick

    Ausschreibung als PDF

  • Optimierung und Inbetriebnahme eines Sensorsystems zur Charakterisierung von Ölfilmen in Elektromotoren

    Optimization and commissioning of a sensor system for the characterization of oil films in electric motors

    25.02.2022

    Masterthesis

    Die Elektromobilität ist einer der Megatrends der heutigen Zeit. Um die Leistungsfähigkeit von Elektromotoren zu steigern und über einen längeren Zeitraum aufrecht zu erhalten, müssen Motoren performanter Elektrofahrzeuge gekühlt werden. Je effizienter die Kühlung, desto leistungsfähiger und ressourcenschonender der Antrieb. In einem Kooperationsprojekt mit der Mercedes-Benz AG werden am Fachgebiet Reaktive Strömung und Messtechnik (RSM) neuartige Kühlsysteme für Elektromotoren experimentell untersucht.

    Infolge der Einspritzung von Kühlöl bilden sich während des Betriebs dünne Filme auf den Oberflächen der Bauteile, welche die Effizienz des Kühlsystems und des gesamten Motors erheblich beeinflussen können. Um ein tieferes Verständnis der zugrundeliegenden Phänomene zu erlangen, sollen an einem generischen Elektromotor-Prüfstand relevante Prozessparameter wie Dicke und Temperatur der Ölfilme erfasst werden.

    Aufbauend auf Vorarbeiten soll im Rahmen des hier ausgeschriebenen Advanced Design Projects ein vorhandener laser-optischer Filmdickensensor so angepasst werden, dass er die Charakterisierung von Ölfilmen im Elektromotor-Prüfstand des Fachgebiets RSM ermöglicht. Anschließend soll der Sensor charakterisiert und seine Eignung für Messungen am Elektromotor-Prüfstand im Rahmen einer ersten Messkampagne nachgewiesen werden.

    Betreuer/innen: M.Sc. Matthias Bonarens, M.Sc. Ariane Auernhammer

    Ausschreibung als PDF

  • Untersuchung der Oxidationseigenschaften von Eisenproben in einem optimierten Versuchsaufbau einer laminaren Eisenpartikel-Luft-Flamme

    Investigation of the oxidation properties of iron samples in an optimized experimental setup of a laminar iron particle-air flame

    25.01.2022

    Masterthesis

    Das Fachgebiet Reaktive Strömungen und Messtechnik (RSM) befasst sich mit moderner Verbrennungsforschung. Laser-diagnostische Methoden ermöglichen auf diesem Gebiet die messtechnische Erfassung komplexer Vorgänge in der Gas- und Feststoffverbrennung.

    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.

    Um diese Oxidationsprozesse von Eisen in einer laminaren Eisenpartikel-Luft-Flamme untersuchen zu können wurde ein Seeder- und Brennerkonzept entwickelt. In der ausgeschriebenen Masterarbeit ist anhand von diversen Messtechniken dieser Aufbau mit unterschiedlichen Eisenproben zu charakterisieren und zu optimieren. Abschließend sollen Messungen zu den Oxidationseigenschaften der Eisenproben anhand des optimierten Versuchsaufbaus stattfinden und ausgewertet werden.

    Betreuer/in: Dipl.-Ing. Thomas Krenn

    Ausschreibung als PDF

  • Weiterentwicklung eines laser-optischen Sensors zur Erfassung von Flüssigkeitsfilmdicken auf Metalloberflächen

    Advancement of a laser-optical sensor for the detection of liquid film thicknesses on metal surfaces

    13.12.2021

    Masterthesis

    Die Arbeitsgruppe Hochtemperatur-Prozessdiagnostik im Fachgebiet Reaktive Strömung und Messtechnik (RSM) entwickelt auf Absorptionsspektroskopie basierende Sensoren zur Untersuchung wandnaher reaktiver Strömungen, wie sie z.B. in SCR-Systemen zur Reduktion von Stickoxiden vorkommen. Infolge der Einspritzung von Flüssigkeiten bilden sich in solchen Umgebungen häufig dünne Filme auf den Systemwänden, welche die Effizienz und Robustheit der Prozesse erheblich beeinflussen können. Um ein tieferes Verständnis der zugrundeliegenden Phänomene zu erlangen, sollen in generischen Experimenten unter vereinfachten Randbedingungen relevante Prozessparameter erfasst werden. Eine entscheidende Größe hierbei ist die Dicke der sich ausbildenden Flüssigkeitsfilme.

    Ein bestehender Filmdickensensor ermöglicht die Messung von Flüssigkeitsfilmdicken an einem einzelnen Punkt. Ziel der ausgeschriebenen Arbeit ist es, das Sensorsystem mithilfe einer Kamera so anzupassen, dass es mehrdimensionale Filmdickenmessungen ermöglicht. Anschließend soll anhand erster Messungen in einem Strömungskanal am Fachgebiet eine Validierung des Sensors durchgeführt werden.

    Betreuer/innen: M.Sc. Anna von der Heyden, M.Sc. Matthias Bonarens

    Ausschreibung als PDF

  • Applikation von ITO-Beschichtungen: Spray-Visualisierung und Messung der Wandbenetzung eines Spray-G Injektors

    Application of ITO-Coatings: Spray visualization and wall wetting measurements of a Spray G injector

    11.11.2021

    Bachelorthesis

    Für die Analyse von Injektoren in verschiedenen Brennräumen ist die Interaktion der eingespritzten Kraftstoffmenge mit der Wand des Brennraumes von großer Bedeutung. Es sammelt sich hierbei Kraftstoff lokal an und verdampft anschließend nur langsam an der Oberfläche. Bei dem verwendeten Spray-G Injektor ist zusätzlich die einzelne Benetzung der unterschiedlichen Einspritzlöcher von Interesse.

    In der Arbeit soll eine neuartige Indiumzinnoxid (ITO) Beschichtung auf Tauglichkeit für Messungen der Spray-Benetzung untersucht werden. Dieses Material ist ein elektrischer Halbleiter und gleichzeitig im sichtbaren Licht weitestgehend transparent, wodurch die Wandbenetzung mittels einer Infrarotkamera vermessen und gleichzeitig das Spray mit sichtbarem Licht charakterisiert werden kann.

    Betreuer/innen: M.Sc. Lars Illmann, M.Sc. Marius Schmidt

    Ausschreibung als PDF

  • Advanced Design Project (ADP)

    Dieses Jahr ist mit Clean Circles ein Verbundprojekt gestartet, welches wegweisende Forschung in Richtung regenerativer Energie-Kreislaufwirtschaft macht. In Clean Circles soll ein Demonstrator zum Thema Kreislaufwirtschaft der Zukunft aufgebaut werden. Dabei werden Kreislaufthemen und z. B. Rohstoffrecycling adressiert.

    Die Demonstrator-Versuche orientieren sich direkt an den aktuellen Forschungsfragestellungen. Mit regenerativ erzeugtem Strom wird Eisenoxid reduziert (Einspeicherung); örtlich und zeitlich davon getrennt wird das Eisen unter Energiefreisetzung zur Stromerzeugung oxidiert (Ausspeicherung). Dadurch wird erneuerbare Energie in großen Mengen gespeichert, transportiert und CO2-frei bereitgestellt – einer bisher ungelösten zentralen Herausforderung der Energiewende bei sich ändernden politischen Rahmenbedingungen. Eisen als Energiespeicher hat hervorragende physikalisch-chemische Eigenschaften bzgl. Transport, Lagerung und energetischer Nutzung. Wind- und sonnenreiche Standorte innerhalb und außerhalb Deutschlands können zur kostengünstigen Produktion regenerativer elektrischer Energie in eine CO2-freie Kreislaufenergiewirtschaft integriert werden.

    Zwei Demonstrator-Experimente stehen hierbei im Fokus. Die Demonstration der Energieeinspeicherung sowie die Energieausspeicherung – also die Oxidation und die Reduktion von Eisen. Die Entwicklung der Demonstratoren soll auf kommerziell verfügbaren Bausätzen basieren. Diese gilt es auszuwählen, und nach der Beschaffung gemäß den spezifischen Interessen und eigenen Schwerpunkten in einen Demonstrator umzubauen.

    Betreuer/in: Dr.-Ing. Luigi Biondo

    Ausschreibung als PDF

  • Characterization of soot formation of solid fuel particles in oxygen-enriched conditions

    Charakterisierung des Rußbildung von festen Brennstoffpartikeln unter sauerstoffangereicherten Bedingungen

    19.10.2021

    Advanced Research Project (ARP)

    The institute of Reactive Flows and Diagnostics focuses on fundamental combustion research and has established world-class combustion laboratories with novel optical diagnostics methods. Advanced imaging methods combing modern lasers and cameras enable the understanding of complex processes in gas and solid combustion.

    Soot emission is one of the most important issues in the utilization of hydrocarbon fuels. A deep understanding of the soot and nano-sized particle formation in gas and solid fuel flames is an essential aspect of combustion research. In laboratory-scale experiments, in-situ laser diagnostics have been widely established to gain fundamental knowledge. Laser-induced incandescence (LII) has proven to be a powerful tool for particle-concentration and particle-size measurements in combustion systems. This technique has been implemented in previous work and applied for 2D soot imaging measurements in a laminar diffusion flame fueled by ethylene, e.g., in a Gülder-burner configuration. To quantify the soot volume fraction, 1D extinction measurements have been performed simultaneously to calibrate the qualitative LII signals. These combined methods should be further applied for solid fuel combustion studies on the single-particle level. In further steps, in a well-established laminar flow reactor, semi-quantitative 2D LII imaging has been first conducted on bituminous coal and biomass particles. Here, the reaction zone and PAH formation could be visualized at the same time, e.g., by using laser-induced fluorescence (LIF) techniques, to support the interpretation of the soot formation.

    The comprehensive experimental data requires intelligent data processing algorithms. Within this work, simultaneously acquired image data should be evaluated in Matlab (image processing tools) using efficient programming structures (object orientated programming). The code structures should be friendly to further extension and maintenance. The main purpose of data evaluation is to extract essential parameters related to soot formation in solid fuel combustion. They are, e.g., 1D absorption ratio, 2D soot volume fraction, soot flame topology, particle positions, particle number density, particle size and shape and etc. Conditional statistical analysis that includes all parameters should be performed in a systematic way to enable a deep understanding of soot formation processes in single particle and particle group combustion.

    The topic is suitable for ARP and Master's theses, and the work tasks are adapted accordingly.

    Betreuer/in: Dr.-Ing. Tao Li

    Ausschreibung als PDF

  • Development and Testing of a Machine Learning-based Flame Binarization Technique

    Entwicklung und Test einer auf maschinellem Lernen basierenden Flammenbinarisierung

    06.10.2021

    Masterthesis

    The early flame kernel development in modern spark-ignition engines is crucial in determining the efficiency and emissions involved in their operation. An extensive database of early flame images has been acquired by using high-speed planar Mie scattering (from particle image velocimetry) to record the evaporation of seeded oil droplets in an optically accessible single cylinder research engine. To analyze the flame development, the raw images must first be binarized (such that the flame is separated from the particle images).

    Despite the availability of advanced digital image processing algorithms, it remains a challenge to accurately binarize experimentally-obtained flame data due to a number of factors such as inhomogeneous lighting, reflections, and noise. The figure to the right shows an example raw image and overlain contours of a flame propagating adjacent to the spark plug. Even though the flame is easily recognizable to the human eye, it is difficult to algorithmically separate the flame from the surrounding features. Therefore, the goal is to use machine learning (ML) techniques such as DeepOtsu or convolutional neural networks, to achieve a more efficient and accurate universal model for flame binarization.

    Betreuer/innen: M.Sc. Cooper Welch, M.Sc. Marius Schmidt

    Ausschreibung als PDF

  • Advanced Design Project (ADP)

    Dieses Jahr ist mit Clean Circles ein Verbundprojekt gestartet, welches wegweisende Forschung in Richtung regenerativer Energie-Kreislaufwirtschaft macht. In Clean Circles soll ein Schullabor zum Thema Kreislaufwirtschaft der Zukunft aufgebaut werden, um Interesse an den vielfältigen Berufsmöglichkeiten im MINT-Bereich zu wecken. Dabei werden Kreislaufthemen und z. B. Recycling allgemein adressiert. Spezifische Versuche orientieren sich aber direkt an den aktuellen Forschungsfragestellungen.

    Mit regenerativ erzeugtem Strom wird Eisenoxid reduziert (Einspeicherung); örtlich und zeitlich davon getrennt wird das Eisen unter Energiefreisetzung zur Stromerzeugung oxidiert (Ausspeicherung). Dadurch wird erneuerbare Energie in großen Mengen gespeichert, transportiert und CO2-frei bereitgestellt – einer bisher ungelösten zentralen Herausforderung der Energiewende bei sich ändernden politischen Rahmenbedingungen. Eisen als Energiespeicher hat hervorragende physikalisch-chemische Eigenschaften bzgl. Transport, Lagerung und energetischer Nutzung. Wind- und sonnenreiche Standorte innerhalb und außerhalb Deutschlands können zur kostengünstigen Produktion regenerativer elektrischer Energie in eine CO2-freie Kreislaufenergiewirtschaft integriert werden.

    Zur Erarbeitung eines Gesamtkonzeptes für das Schullabor und zum Aufbau der zentralen Experimente suchen wir eine interessierte Gruppe von Studierenden. Die Umsetzung des Schullabors findet in enger Kooperation mit dem DLR_School_Lab TU Darmstadt statt. Bei grundsätzlichem Interesse wird im persönlichen Gespräch entsprechend der Interessen und Erfahrungen eine konkrete Aufgabenstellung erarbeitet.

    Betreuer/in: Dr.-Ing. Luigi Biondo

    Ausschreibung als PDF

  • Applikation von der SLIPI-Messtechnik: Entwicklung und Aufbau der Messtechnik und Anwendung zur Analyse von Kraftstoffeinspritzungen

    Application of the SLIPI measurement technology: development and setup of the measurement technology and application for the analysis of fuel injections

    06.09.2021

    Masterthesis, Bachelorthesis, Advanced Design Project (ADP)

    Für die Analyse von Injektoren in verschiedenen Brennräumen ist die Einspritzung und Verteilung des Kraftstoffes von großem Interesse. Hierüber kann die Einspritztiefe sowie die Verdampfungsgeschwidigkeit bestimmt und analysiert werden. Die übliche Beleuchtung der Einspritzmasse mittels herkömmlicher LED Beleuchtung und Mie-Streuung führt zu Mehrfachstreuung der Kraftstoffpartikel.

    In der Arbeit soll die Messtechnik Structured Light Illumination Planar Imaging (SLIPI) zur Sprayanalyse eingesetzt werden. Mit Hilfe der SLIPI Technik können Streulichtanteile aus Mie und LIF Spray Bildern effektiv entfernt werden, wodurch Spray Strukturen in bisher unerreichter Qualität sichtbar werden.

    Das Thema ist geeignet für ADPs oder Master/Bachelorarbeit und die Arbeitsaufgaben werden dementsprechend angepasst.

    Betreuer/innen: M.Sc. Lars Illmann, M.Sc. Marius Schmidt

    Ausschreibung als PDF

  • Bachelorthesis, Advanced Research Project (ARP)

    Auf Grund der hohen Energiedichte von Kohlenwasserstoff-Kraftstoffen wird es auch in Zukunft viele Anwendungen im Bereich Mobilität und Energieerzeugung geben, die auf Verbrennungsmotoren basieren. Hier gilt es gesetzlichen Anforderungen zu Schadstoffemissionen zu genügen, die Effizienz zu steigern und die Verwendung diversifizierter Kraftstoffe zu ermöglichen. Am Institut steht daher ein optisch zugänglicher direkteinspritzender Ottomotor zur Verfügung, an dem mittels laser-diagnostischer Methoden die innermotorische Energiewandlung untersucht wird.

    In der Arbeit soll ein existierendes 0D/1D-Modell des Prüfstandes in GT-Power weiterentwickelt werden. Mithilfe solcher reduzierten Modelle können grundlegende Charakteristiken, wie die Gasdynamik, akustische Schwingungen, Wärmetransport, Perfomance und Emissionsbildung untersucht werden. Gerade die Sensitivität solcher Größen gegenüber den Randbedingungen, welche am realen Prüfstand unweigerlich variieren, ist relevant für die Interpretation von Experimenten und numerischen CFD- Simulationen.

    Betreuer/in: M.Sc. Marius Schmidt

    Ausschreibung als PDF

  • Entwicklung eines MIR-Kameraspektrometers an einem generischen SCR-Prüfstand zur HNCO Detektion

    Development of an MIR camera spectrometer on a generic SCR test rig for HNCO detection

    06.09.2021

    Masterthesis

    Am Fachgebiet Reaktive Strömungen und Messtechnik beschäftigt sich eine Arbeitsgruppe mit dem Schwerpunkt der Absorptionsspektroskopie unter Verwendung von abstimmbaren Diodenlasern. Hierbei werden die Konzentrationen verschiedenster Gase in einem Volumen mittels innovativer, laserdiagnostischer Verfahren berührungsfrei und hochdynamisch unter Verwendung von faser-gekoppelten Lasern vermessen.

    Betreuer/in: Dr.-Ing. Luigi Biondo

    Ausschreibung als PDF

  • Erweiterung der Kohärenten anti-Stokes Raman-Spektroskopie (CARS) um die Möglichkeit der Gastemperaturbestimmung anhand des O2-Moleküls

    Extension of coherent anti-Stokes Raman spectroscopy (CARS) with the possibility of gas temperature determination based on the O2 molecule.

    06.09.2021

    Masterthesis

    Die Kohärente anti-Stokes Raman-Spektroskopie (CARS) ist eine weitverbreitete Lasermesstechnik zur Bestimmung von Gastemperaturen und Spezies-Konzentrationen. Die Messmethode ermöglicht die Bestimmung der Gastemperatur über einen großen Temperaturbereich und ist zugleich nicht-intrusiv. Dies sind zwei Eigenschaften, die CARS insbesondere interessant für die Untersuchung moderner Verbrennungs-mechanismen macht.

    Für die Gastemperaturbestimmung mit CARS wird üblicherweise das Stickstoffmolekül geprobt. Um in Zukunft stickstofffreie Prozesse, wie z.B. das Oxyfuel-Verfahren, untersuchen zu können, soll die bestehende Messtechnik auf das Sauerstoffmolekül erweitert werden. Hierfür sollen innerhalb der Arbeit Untersuchungen an einem generischen Flachflammenbrenner durchgeführt werden. Das Ziel der Arbeit ist die Bestimmung der Genauigkeit der Gastemperatur anhand des O2-Moleküls in Abhängigkeit der Parameter Temperatur, Sauerstoffkonzentration und des Signal-zu-Rausch Verhältnisses. Für die Auswertung der aufgenommenen CARS-Spektren gilt es die bereits existierende Spektren Auswertung in Matlab zu erweitern.

    Betreuer/in: M.Sc. Henrik Schneider

    Ausschreibung als PDF

  • Masterthesis

    Auf Grund der hohen Energiedichte von Kohlenwasserstoff-Kraftstoffen wird es auch in Zukunft viele Anwendungen im Bereich Mobilität und Energieerzeugung geben, die auf Verbrennungsmotoren basieren. Hier gilt es gesetzlichen Anforderungen zu Schadstoffemissionen zu genügen, die Effizienz zu steigern und die Verwendung diversifizierter Kraftstoffe zu ermöglichen. Am Institut steht daher ein optisch zugänglicher direkteinspritzender Ottomotor zur Verfügung, an dem mittels laser-diagnostischer Methoden die innermotorische Energiewandlung untersucht wird.

    In der Arbeit soll eine neuartige Indiumzinnoxid (ITO) Beschichtung auf Tauglichkeit für Messungen der Spray-Benetzung untersucht werden. Dieses Material ist ein elektrischer Halbleiter und gleichzeitig im sichtbaren Licht weitestgehend transparent, wodurch die Wandbenetzung mittels einer Infrarotkamera vermessen und gleichzeitig das Spray mit sichtbarem Licht charakterisiert werden kann.

    Betreuer/in: M.Sc. Marius Schmidt

    Ausschreibung als PDF

  • Advanced Design Project (ADP)

    Betreuer/in: M.Sc. Ariane Auernhammer

    Ausschreibung als PDF

  • Entwicklung und Charakterisierung einer beheizbaren Boden-platte für einen generischen Abgaskanal

    Development and characterization of a heatable base plate for a generic exhaust duct

    17.05.2021

    Advanced Design Project (ADP)

    Die Arbeitsgruppe Hochtemperatur-Prozessdiagnostik im Fachgebiet Reaktive Strömung und Messtechnik (RSM) entwickelt auf Absorptionsspektroskopie basierende Sensoren zur Untersuchung von wandnahen chemischen Prozessen, wie sie z.B. bei der NOx-Reduk-tion im Abgasstrang vorkommen. Um zukünftig die Schadstoffreduktion, Chemie und Ab-lagerungsbildung bei der SCR-Katalyse besser verstehen und modellieren zu können, sind generische Experimente notwendig, welche die Prozesse im Abgasstrang systematisch als Funktion der Anfangs- und Randbedingungen vereinfachend untersuchen. Dazu wurde am Fachgebiet bereits ein Prüfstand konzipiert, an dem unter anderem sich, durch AdBlue-Injektion, bildende Filme untersucht werden.

    Um die Temperatur der durch den AdBlue-Film benetzten Bodenplatte kontrollieren zu können, soll im Rahmen dieser Arbeit eine beheizbare Bodenplatte für den optischen Zu-gang des Abgaskanals entwickelt und charakterisiert werden. Ziel ist es eine homogene Temperaturverteilung zu erreichen. Zusätzlich soll eine Überwachung der Temperatur möglich sein.

    Betreuer/innen: M.Sc. Anna von der Heyden, Dr. rer. nat. Steven Wagner

    Ausschreibung als PDF

  • Konzeptionierung stabilisierter Eisenpartikel-Luft Flammen zur Untersuchung grundlegender Verbrennungseigenschaften“

    Conceptual design of stabilized iron dust flames for the investigation of basic combustion properties

    01.04.2021

    Advanced Design Project (ADP)

    Betreuer/in: M.Sc. Henrik Schneider

    Ausschreibung als PDF