Themen für Arbeiten
Elektrische Widerstandsheizelemente ermöglichen die Elektrifizierung energieintensiver Thermoprozesse. Bei hohen Temperaturen trägt neben der dominierenden Konvektion auch Wärmestrahlung maßgeblich zur Wärmeübertragung bei. Diese Arbeit entwickelt mittels CFD Gaserhitzer-Konzepte, deren Heizelementgeometrien und Anordnungen konvektiv effizient sind und den Strahlungsaustausch gezielt steigern. Bewertet werden u. a. Wirkungsgrad, Temperaturhomogenität, Druckverlust und spezifische Leistungsdichte. Die Ergebnisse werden mit dem Stand der Technik verglichen. Ziel ist eine höhere thermische Performance bei geringerem fossilen Energieeinsatz sowie klare Gestaltungsregeln für industrielle Anwendungen.
Im Rahmen des EU-geförderten Projekts „Butterfly” soll die Herstellung und Nutzung von „renewable Dimethyl Ether“ (rDME) als CO2-neutraler Energieträger untersucht werden. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung eines konventionellen Kaltluftbrenners wie er beispielsweise in Wiedererwärmungsöfen genutzt wird. Dieser soll neben DME auch mit Wasserstoff, Erdgas und Flüssiggas befeuert werden. Es sollen auch verschiedene Mischungen der jeweiligen Gase untersucht werden. Ziel der Versuche ist es, den eingesetzten Brenner in Hinblick auf Schadstoffemissionen, Flammenstabilität und Kaltstartverhalten zu betrachten.
In kontinuierlichen Bandanlagen zur Wärmebehandlung von Stahl‑, Aluminium- und Kupferband werden Düsensysteme zur Erwärmung und Kühlung der Bänder eingesetzt. Die Düsen werden so auf das Band gerichtet, dass die entstehende Prallströmung für einen möglichst hohen und homogenen konvektiven Wärmeübergang sorgt. Eine der dabei auftretenden Herausforderungen sind die Beschreibung und Regelung des sich zwischen Düsen und Band ausbildenden Strömungsfeldes. Ziel der Arbeit ist die experimentelle Untersuchung der Strömung im Bereich der Bandkante mit dem laseroptischen Geschwindigkeitsmessverfahren PIV (Particle Image Velocimetry). Dazu werden Untersuchungen am institutseigenen Wärmeübergangsversuchstand stattfinden. Die Versuchsparameter Düsenteilung, Ausströmgeschwindigkeit der Prallströmung, Bandabstand, totaler Abstand zwischen Düsen und Bandkante und Düsendurchmesser während der Versuche verändert werden.
In kontinuierlichen Bandanlagen zur Wärmebehandlung von Stahl‑, Aluminium- und Kupferband werden konvektive Düsensysteme zur Erwärmung und Kühlung der Bänder eingesetzt. Die Düsen werden so auf das Band gerichtet, dass die entstehende Prallströmung für einen möglichst hohen und homogenen konvektiven Wärmeübergang sorgt. Ziel der Arbeit ist die experimentelle Untersuchung des Verlaufs des gemittelten Wärmeübergangskoeffizienten im Bereich der Bandkante unter verschiedenen Parametern. Dazu werden Untersuchungen am institutseigenen Wärmeübergangsversuchstand stattfinden. Für die Untersuchungen soll der Versuchsstand im Rahmen der Arbeit modifiziert werden. Weiterhin sollen die Versuchsparameter Düsenteilung, Ausströmgeschwindigkeit der Prallströmung, Bandabstand, totaler Abstand zwischen Düsen und Bandkante und Düsendurchmesser während der Versuche verändert werden. Eine statistische Versuchsplanung bietet sich hierfür an.
In vielen technischen Anwendungen, etwa in der Thermoprozesstechnik, ist die präzise Erfassung von Messwerten entscheidend. Korrekte Prozessgrößen verknüpfen Theorie und Praxis und dienen der Validierung physikalischer und mathematischer Modelle. Dafür ist eine enge Abstimmung zwischen Hard- und Software notwendig.
Ziel dieser Masterarbeit ist die Entwicklung einer Software-Schnittstelle zwischen einer Systemkom-paktkamera und dem Software Development Kit (SDK) des Herstellers, um automatisierte Bildaufnahmen zu ermöglichen. Zusätzlich soll eine Auswertesoftware entwickelt werden, welche mit der Kamera kommuniziert und die aufgenommenen Bilder auswertet. Der Fokus liegt auf der Detektion mikroskopisch kleiner Längenänderungen von Festkörpern (im Mikrometerbereich) auf Basis bildverarbeitungsbasierter Messverfahren.
Die Hardware des neuen Systems steht bereits zur Verfügung. Als Teil der Arbeit soll zunächst ein Konzept für die Prozessautomatisierung des Pizzaofens aufgebaut werden. Dabei wird das aktuell verwendete LabView-Programm als erprobte Grundlage für die Programmierung herangezogen. Anschließend soll das entwickelte Konzept auf dem Raspberry-Pi in Python implementiert werden. Während der Softwareentwicklung soll der Programmcode kontinuierlich dokumentiert werden. Die Dokumentation soll anschließende Anpassungen an der Programmierung erleichtern. Die Anlage soll über einen Touchscreen bedient werden können. Die Entwicklung der Benutzeroberfläche ist ebenfalls Teil der Abschlussarbeit. Abschließend wird das entwickelte System am Demonstrator in Betrieb genommen und getestet.
Electric heating can be implemented into an industrial furnace by the use of electric resistance heaters. There are many options regarding operating principle, geometry and available power. A farely new option is the HoneyComb heating element by Sintex used for the heating of process gases. These heating elements are based on metal powder extrusion using high-temperature alloys. The aim of this work is to investigate the heating elements with regard to heat transfer and fluid flow. Therefore, a numerical model is to be developed which should provide insights into the local and integral heat transfer coefficients, local temperature distribution of the heating elements and gas, and the pressure drop caused by the heating element.
Mittel- bis langfristig müssen energieintensive Anlagen auf eine CO2-arme bzw. neutrale Prozesswärmeerzeugung umgestellt werden. Flexible Prozessketten und Anlagenkonzepte haben großes Potential für den Einsatz unter sich verändernden Rahmenbedingungen. Die Arbeit soll einen Beitrag zur Analyse der Wirtschaftlichkeit von flexible eingesetzten Thermoprozessanlagen und Industrieöfen unter dynamischen Rahmenbedingungen (volatiler Energiemarkt) leisten. Auf Basis der Ergebnisse sollen flexible Prozessketten und Anlagenkonzepte (u.a. Lastverschiebung, hybride Beheizungskonzepte, Speicher) in Bezug auf ihre ökologische und ökonomische Vorteilhaftigkeit bewertet werden.
Die von der metallerzeugenden und ‑verarbeitenden Industrie benötigte Prozesswärme wird aktuell hauptsächlich durch die Verbrennung fossiler Energieträger erzeugt. Ein Ansatz zur Emissionsreduzierung ist die Elektrifizierung der Anlagen. Im Rahmen einer studentischen Arbeit sollen Modelle zur mathematischen Beschreibung verschiedener elektrischer Beheizungs- und Strömungsführungskonzepte basierend auf experimentellen Untersuchungen entwickelt werden.
Ziel der Projektarbeit ist die Entwicklung eines Programmes zur Verbrennungsrechnung mit anschließender Stoffdatenbestimmung des Abgases. Dieses Programm soll zusätzlich als Online-Tool zur Verfügung gestellt werden. Das Programm soll folgende Punkte berücksichtigen: flexible Auswahl von Brennstoff und Oxidator, Berechnung der Verbrennungskennwerte und Abgaszusammensetzung, Bestimmung der temperaturabhängigen Stoffdaten des berechneten Abgases. Als abschließende Betrachtung wird die Verbrennung von Erdgas der von Wasserstoff gegenübergestellt und bewertet.
In dieser Arbeit wird eine Methode zur Bestimmung der Emissionsgrade beliebiger Oberflächen entwickelt. Dabei steht die Anforderung im Vordergrund, dass die Methode im Rahmen eines experimentellen Aufbaus realisierbar sein sollte. Dazu werden die unterschiedlichen Möglichkeiten der Emissionsgradbestimmung erörtert und darauf basierend eine geeignete Methode entworfen. Diese wird im Anschluss mathematisch modelliert. Die Ergebnisse werden eingeordnet und eine Bewertung der entwickelten Methode schließt sich an.
Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Methodik für die Bestimmung des CO2-Fußabdrucks im Rahmen einer Ökobilanz (Life Cycle Assessment, kurz LCA) für den Betrieb von Thermoprozessanlagen als Teil eines spezifischen Herstellungsprozesses für Produkte aus der Metall- und Mineralindustrie entwickelt und angewendet. Dabei werden anlagenspezifische Restriktionen mit dem notwendigen technischen Sachverstand berücksichtigt. Es stehen u. a. die folgenden Branchen im Fokus:
- Metallindustrie: Stahl, NE-Metalle, Gießereiwesen, Schmieden, Härtereitechnik
- Mineralindustrie: Glas, Keramik, Kalk, Zement