Themen für Arbeiten

Entwicklung und experimentelle Validierung von numerischen
Wärmeübergangsmodellen für Prallstrahlen

Bache­lor-/Haupt­se­mi­nar-/ Mas­ter­ar­beit | Ansprech­part­ner: Eileen Tram­pe | Beginn: ab sofort

Ausschreibung CFD-Prallstrahl

Ziel der Arbeit ist die Ent­wick­lung von Wär­me­über­gangs­mo­del­len für Prall­strah­len mit dem CFD-Pro­gramm Ansys Flu­ent. Es sol­len die Ein­flüs­se ver­schie­de­ner Tur­bu­lenz­mo­del­le sowie Netz­ein­stel­lun­gen auf die nume­ri­sche Model­lie­rung cha­rak­te­ri­siert wer­den. Die gewon­nen Ergeb­nis­se sol­len anhand einer expe­ri­men­tel­len Para­me­ter­stu­die vali­diert wer­den. Dazu wer­den Unter­su­chun­gen am insti­tuts­ei­ge­nen Wär­me­über­gangs­ver­such­stand statt­fin­den. Zur genaue­ren Auf­lö­sung der Strö­mung wer­den ergän­zend Ver­su­che mit einem laser­op­ti­schen Geschwin­dig­keits­mess­ver­fah­rens durchgeführt.

CFD-Modellierung eines Submerged Arc Furnaces (SAF)

Mas­ter­ar­beit | Ansprech­part­ner: Moritz Eick­hoff | Beginn: ab sofort

Ausschreibung SAF-Modellierung

Der Sub­mer­ged Arc Fur­nace ist ein elek­tri­sches Schmelz- und Reduk­ti­ons­ag­gre­gat, wel­ches bereits seit Jahr­zehn­ten bei­spiels­wei­se für Fer­ro­n­i­ckel, Fer­ro­chrom oder Phos­phor groß­tech­nisch ein­ge­setzt wird. Auf Grund der gestie­ge­nen Restrik­tio­nen hin­sicht­lich des CO2-Fuß­ab­drucks von Pro­duk­ten und den eben­falls gestie­ge­nen Kos­ten für CO2-Emis­sio­nen wird auch in der Stahl­pro­duk­ti­on nach alter­na­ti­ven Pro­zess­rou­ten zur Hoch­ofen­rou­te gesucht. Der Sub­mer­ged Arc Fur­nace stellt eine Mög­lich­keit zum Erschmel­zen von direkt­re­du­zier­tem Eisen dar und wird von eini­gen gro­ßen Stahl­un­ter­neh­men favo­ri­siert. In die­ser Arbeit soll ein vor­han­de­nes CFD-Modell eines Fer­ro­chrom-SAFs wei­ter aus­ge­baut wer­den. Grund­le­gen­des Pro­zess­ver­ständ­nis soll durch eine Besich­ti­gung des SAFs bei Outo­kum­pu in Tor­nio (Finn­land) zu Beginn der Arbeit erlangt werden.

Experimentelle Untersuchungen bei der Verbrennung von Wasserstoff in der Thermoprozesstechnik

Bache­lor-/Se­mi­nar-/Mas­ter­ar­beit | Ansprech­part­ner: Lukas San­kow­ski | Beginn: ab sofort

Im Rah­men die­ser Arbeit soll eine expe­ri­men­tel­le Para­me­ter­stu­die an einem vor­in­dus­tri­el­len Bren­ner durch­ge­führt wer­den. Die­ser wird in einer ver­ti­ka­len Ver­suchs­brenn­kam­mer ein­ge­setzt und mit varia­blen Erd­gas-Was­ser­stoff-Mischun­gen ver­sorgt. Das ent­ste­hen­de Abgas ist abhän­gig von der Brenn­stoff­mi­schung und wird kon­ti­nu­ier­lich gemes­sen. Haupt­au­gen­merk der Ver­su­che liegt dabei auf den Schad­stoff­emis­sio­nen, spe­zi­ell der Stick­stoff­oxi­de NOx. Als Ver­suchs­pa­ra­me­ter wer­den bei­spiels­wei­se die Tem­pe­ra­tur in der Brenn­kam­mer oder die zuge­führ­te Luft­men­ge variiert.

Experimentelle Untersuchung des Schwingungs- und Strömungsverhaltens eines neuartigen Querstromventilators

Mas­ter­ar­beit | Ansprech­part­ner: Jus­tin Hauch | Beginn: ab sofort

Am IOB wur­de im Rah­men eines Pro­jekts ein Quer­strom­ven­ti­la­tor mit erhöh­ter ther­mo­me­cha­ni­scher Belast­bar­keit ent­wi­ckelt. Die­ser soll dem Ein­satz in Ther­mo­pro­zess­an­la­gen zur Wär­me­be­hand­lung von Alu­mi­ni­um­werk­stof­fen bis zu einer Tem­pe­ra­tur von 500 °C stand­hal­ten. Im Rah­men des­sen sind bereits Ver­su­che zum Schwin­gungs- und Strö­mungs­ver­hal­ten an einem kon­ven­tio­nel­len Quer­strom­ven­ti­la­tor durch­ge­führt wor­den. Ins­be­son­de­re Eigen­schwin­gun­gen haben hier­bei jedoch zu einem früh­zei­ti­gen Ver­sa­gen des Quer­strom­läu­fers geführt. Basie­rend auf die­sen Ergeb­nis­sen sol­len erwei­ter­te Strö­mungs- und Schwin­gungs­un­ter­su­chun­gen an einem neu­ar­ti­gen Quer­strom­ven­ti­la­tor durch­ge­führt wer­den. Der zur Unter­su­chung des Quer­strom­läu­fers not­wen­di­ge Heiß­ver­suchs­stand ist bereits vorhanden.

Entwicklung eines Online-Tools zur Verbrennungsrechnung

Pro­jekt­ar­beit | Ansprech­part­ner: Domi­nik Büsch­ge­ns | Beginn: ab sofort

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.

Experimentelle Untersuchungen von Hochtemperatur Thermolacken zur Messung von Wärmeübergangskoeffizienten

Studien‑, Bache­lor­ar­beit | Ansprech­part­ner: Nico Rade­ma­cher | Beginn: ab sofort

 
 

In die­ser Arbeit soll die Ver­wen­dung ver­schie­de­ner Hoch­tem­pe­ra­tur-Ther­mola­cke zur Mes­sung des Wär­me­über­gangs­ko­ef­fi­zi­ent mit­tels Infra­rot-Ther­mo­gra­phie unter­sucht wer­den. Dazu wer­den drei ver­schie­de­ne Ther­mola­cke ver­wen­det. Dies erfor­dert die Mes­sung von Wär­me­über­gangs­ko­ef­fi­zi­en­ten ver­schie­de­ner Düsen­sys­te­me bei unter­schied­li­chen Plat­ten­tem­pe­ra­tu­ren von bis zu 1000 °C. Zusätz­lich soll eine Win­kel­ab­hän­gig­keit der Infra­rot-Ther­mo­gra­phie zur ebe­nen Plat­te unter­sucht wer­den. Die Mess­ergeb­nis­se wer­den unter­ein­an­der bewer­tet und diskutiert.

Implementierung eines datenbasierten Proxy-Modells zur Berechnung der Reaktionschemie im Elektrolichtbogenofen

Mas­ter­ar­beit | Ansprech­part­ner: Alex­an­der Rei­ni­cke | Beginn: ab sofort

Im Rah­men die­ser Arbeit soll die Berech­nung der Reak­ti­ons­chemie, für ein am Insti­tut ent­wi­ckel­tes umfang­rei­ches Pro­zess­mo­dell des Elek­tro­licht­bo­gen­ofens, durch ein daten­ba­sier­tes Pro­xy-Modell ergänzt wer­den. Hier­zu müs­sen die bis­he­ri­gen Lösungs­ver­fah­ren hin­sicht­lich ihrer Eig­nung unter­sucht und ein ent­spre­chen­des Appro­xi­ma­ti­ons­ver­fah­ren imple­men­tiert wer­den. Abschlie­ßend sol­len die Simu­la­ti­ons­er­geb­nis­se ver­gli­chen und der resul­tie­ren­de Feh­ler unter­sucht wer­den, um etwa­ige Gren­zen für die Anwend­bar­keit des Pro­xy-Modells festzulegen

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Methode zur experimentellen Bestimmung von Emissionsgraden beliebiger Oberflächen

Studien‑, Bache­lor­ar­beit | Ansprech­part­ner: Domi­nik Büsch­ge­ns | Beginn: ab sofort

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.

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Numerische Untersuchungen zur Erzeugung von Synthesegas mittels partieller Oxidation von Erdgas

Mas­ter­ar­beit | Ansprech­part­ner: Lin­da Gies­ler | Beginn: ab sofort

Der Fokus der Arbeit liegt auf der Recher­che zu Reak­ti­ons­me­cha­nis­men, die für die Abbil­dung der unters­tö­chio­me­tri­schen Ver­bren­nung geeig­net sind, sowie deren Imple­men­tie­rung in einem CFD-Modell. Reak­ti­ons­me­cha­nis­men wer­den benö­tigt, um die bei der nume­ri­schen Ver­bren­nungs­si­mu­la­ti­on auf­tre­ten­den Spe­zi­es zu berück­sich­ti­gen. Dies ist neben der Wahl eines pas­sen­den Turbulenz‑, Strah­lungs- und Ver­bren­nungs­mo­dells von gro­ßer Bedeu­tung, um eine adäqua­te Lösung zu erlangen.

Ziel ist es, an einem (bestehen­den) CFD-Modell unter­schied­li­che Reak­ti­ons­me­cha­nis­men für die unters­tö­chio­me­tri­sche Ver­bren­nung von Erd­gas zu imple­men­tie­ren und nach selbst erar­bei­te­ten Kri­te­ri­en zu bewer­ten. Dazu ist eine inten­si­ve Lite­ra­tur­re­cher­che zu Reak­ti­ons­me­cha­nis­men und den vali­dier­ten Berei­chen notwendig.

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Ökologische Bewertung des CO2-Fußabdrucks für den Betrieb von Thermoprozessanlagen und Industrieöfen in der Metall-und Mineralindustrie

Mas­ter­ar­beit | Ansprech­part­ner: Dr.-Ing. Chris­ti­an Schwot­zer | Beginn: nach Absprache

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
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Ökologische Untersuchung der Aluminium‑, Stahl- und Bleiherstellung mithilfe vergleichender Ökobilanzen

Mas­ter­ar­beit | Ansprech­part­ner: Dr.-Ing. Tim Rei­chel | Beginn: ab sofort

Im Rah­men die­ser Arbeit sol­len die Pro­duk­ti­ons­rou­ten der Aluminium‑, Stahl- und Blei­in­dus­trie unter­sucht und öko­lo­gisch bewer­tet wer­den. Auf die­se Wei­se kön­nen Pro­zess­ab­läu­fe opti­miert und Ein­spar­po­ten­zi­al sicht­bar gemacht wer­den. Dazu sol­len aus­ge­wähl­te Pro­zes­se betrach­tet und mit­tels einer Öko­bi­lanz nach DIN ISO 14044 unter­sucht wer­den. Abschlie­ßend wer­den die metho­do­lo­gi­schen Ansät­ze der Öko­bi­lan­zie­rung in Bezug auf die drei Pro­duk­ti­ons­rou­ten gegen­über­ge­stellt und verglichen. 

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