Studentische Arbeiten
Bachelor- & Masterthesis / ADP & ARP
Für weitere aktuelle Thermen am RSM sind Dr. B. Böhm () und Dr. S. Wagner () immer gerne erreichbar.

Aktuelle Ausschreibungen

  • 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

    10.01.2022

    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

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  • 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 Schmidt

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  • Auslegung und Konstruktion eines laminaren Heißgasprüfstandes für Eisenpartikel

    Design and construction of a laminar hot gas test rig for iron combustion

    01.12.2021

    Advanced Design Project (ADP)

    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.

    Eisen ist ein vielversprechendes Material welches sich für Lagerung und den Transport von großen Mengen Energie eignet. Hierbei wird das Eisen im Kreis gefahren. Die Energieeinspeicherung erfolgt mittels Reduktion von Eisenoxid. Auf der Gegenseite wird die eingespeicherte Energie wieder mittels Oxidation freigesetzt. Zum tieferen Verständnis der Eisenoxidation von Einzelpartikeln wird gegenwärtig ein laminarer Fallrohrreaktor geplant und gebaut. In diesem sollen zukünftig die komplexen Oxidationsvorgänge von Einzelpartikeln in Hochtemperaturgasströmungen (bis zu 1800°C) untersucht und mit numerischen Daten abgeglichen werden.

    In diesem ADP soll der Zulaufbereich des Heißgasprüfstandes entwickelt, konstruiert und ausgelegt werden. Der Schwerpunkt liegt hierbei in der Auslegung einer gekühlten Lanze zum Zuführen der Eisenpartikel in den laminaren Heißgasstrom. Die Kühlung ist notwendig um die Zündung der Partikel vor dem Austritt aus der Lanze zu unterbinden.

    Bei grundsätzlichem Interesse kann die Aufgabenstellung an das Interesse und die Erfahrung der Studierenden angepasst werden.

    Betreuer/in: M.Sc. Anton Sperling

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  • Masterthesis, Bachelorthesis

    Carbon particulate produced by the combustion of hydrocarbon fuels is not only one of the major causes of global warming and accelerated process of ice melting, but also an increased risk for human health due to particle inhalation. Therefore, the predictions of particle number concentration as well as size distribution are required, in order to meet stringent pollutant regulations and develop potential ways to reduce the health effects of particulate matter.

    However, modeling soot particle formation and growth pathways in turbulent reacting flows still represents a challenge due to the complex multiscale interaction between turbulence, chemical reactions, and particle evolution that is characterized by a particle density function (NDF).

    The aim of this work is to apply the modeling framework developed at the department of simulations of reactive thermo-fluid systems to simulate a turbulent sooting flame. For this purpose, the open-source C++ library OpenFOAM is used. Thereby the modeling approach will be validated for a complex turbulent flame by comparing the simulation results with available experimental data and the sensitivity of the soot prediction to the modeling strategy will be investigated. Ideally, the results obtained will be used to identify the main mechanisms that lead to the production of soot in a turbulent flame.

    This topic is well suited for a Bachelor- or Master-Thesis. The depth of the research will be adapted accordingly.

    Betreuer/innen: Dr. Federica Ferraro, Dr.-Ing. Louis Dreßler

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  • Construction 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

    05.10.2021

    Masterthesis, Advanced Design Project (ADP)

    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 burners 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 boundary conditions should be carefully characterized and used to perform 1D flame simulations.

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

    Betreuer/in: Dr.-Ing. Tao Li

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  • 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

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  • 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

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  • 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 Schmidt, Dr. rer. nat. Steven Wagner

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  • Laserinduzierte Fluoreszenz: Messung von Mischungsvorgängen

    Laser-induced fluorescence: measurement of mixing processes

    25.06.2021

    Masterthesis, 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

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  • 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

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  • Masterthesis

    Das Fachgebiet Reaktive Strömungen und Messtechnik (RSM) befasst sich mit optischen Untersuchungen reaktiver Strömungen. Diese Techniken sollen in Zukunft verstärkt auf katalytische Prozesse angewandt werden, um hier gezielt Untersuchungen bei Gasphasenreaktionen durchführen zu können. Mit solchen Prozessen lassen sich z.B. über Power-2-X Anwendungen chemische Rohstoffe unter dem Einsatz von Wind und Sonnenstrom zu höherwertigen Stoffen umwandeln.

    Betreuer/in: M.Sc. Maximilian Dorscht

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  • 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

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  • 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

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  • 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

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  • 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

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Bereits vergebene Arbeiten

  • 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 Schmidt, M.Sc. Matthias Bonarens

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  • 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

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  • 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: M.Sc. Luigi Biondo

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  • 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

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  • 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

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  • 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: M.Sc. Luigi Biondo

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  • 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

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  • 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

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  • 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: M.Sc. Luigi Biondo

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  • 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

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  • 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

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  • Advanced Design Project (ADP)

    Betreuer/in: M.Sc. Ariane Auernhammer

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  • 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 Schmidt, Dr. rer. nat. Steven Wagner

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  • 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

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