Themen für Arbeiten

Entwicklung und experimentelle Validierung von numerischen Wärmeübergangsmodellen für Prallstrahlen

Bache­lor-/Mas­ter-/Haupt­se­mi­nar­ar­beit | Ansprech­part­ner: Jan-Hen­rik Rie­ger | Beginn: ab sofort

In kon­ti­nu­ier­li­chen Band­an­la­gen zur Wär­me­be­hand­lung von Stahl‑, Alu­mi­ni­um- und Kup­fer­bän­dern kom­men hoch­ent­wi­ckel­te Düsen­sys­te­me zum Ein­satz, die das Band sowohl gezielt erwär­men als auch effi­zi­ent küh­len. Eine zuver­läs­si­ge nume­ri­sche Model­lie­rung der Prall­strah­len kann die Ent­wick­lung neu­er Düsen­sys­te­me deut­lich beschleu­ni­gen und gleich­zei­tig erheb­li­che Res­sour­cen-ein­spa­run­gen ermög­li­chen. Damit die­ses Poten­zi­al jedoch voll aus­ge­schöpft wer­den kann, müs­sen die bestehen­den Model­lie­rungs­an­sät­ze deut­lich an Genau­ig­keit gewin­nen.
Ziel ist die Ent­wick­lung zuver­läs­si­ger Wär­me­über­gangs­mo­del­le für Prall-strah­len mit­tels des CFD-Pro­gramms ANSYS Flu­ent. Hier­bei sol­len sys­te­ma­tisch die Aus­wir­kun­gen ver­schie­de­ner Tur­bu-lenz­mo­del­le sowie unter­schied­li­cher Netz­auf­lö­sun­gen und ‑ein­stel­lun­gen auf die nume­ri­sche Model­lie­rung cha­rak­te­ri­siert wer­den. Die erar­bei­te­ten Model­le wer­den anschlie­ßend durch eine expe­ri­men­tel­le Para­me­ter­stu­die veri­fi­ziert, die am ins­ti-tuts­ei­ge­nen Ver­suchs­stand durch­ge­führt wird.

CFD: Performance-Steigerung elektrischer Heizelemente

Bache­lor-/Mas­ter­ar­beit | Ansprech­part­ner: Juli­us Wil­ker | Beginn: ab sofort

Die Erzeu­gung von Pro­zess­wär­me in Ther­mo­pro­zess­an­la­gen soll wei­ter elek­tri­fi­ziert wer­den. Dazu wer­den elek­tri­sche Heiz­ele­men­te ein­ge­setzt, deren Leis­tungs­dich­te aller­dings in kon­vek­ti­ons­do­mi­nier­ten Pro­zes­sen noch nicht an die von Bren­ner­sys­te­men her­an­reicht. Daher müs­sen die Heiz­ele­men­te leis­tungs­fä­hi­ger wer­den. Mit stei­gen­der Leis­tungs­fä­hig­keit steigt der Anteil von Strah­lungs­wär­me­strom am Gesamt­wär­me­strom. Die­ser Strah­lungs­an­teil ist in Aus­le­gungs­richt­li­ni­en von elek­tri­schen Heiz­ele­men­ten nicht oder nur unzu­rei­chend berück­sich­tigt.
Im Rah­men die­ser Arbeit wird der Strah­lungs­ein­fluss wei­ter unter­sucht mit CFD-Simu­la­tio­nen. Kon­kret wird der Ein­fluss aller Ober­flä­chen und deren Emis­si­ons­grad auf die Heiz­ele­ment­per­for­mance quan­ti­fi­ziert. Dar­auf auf­bau­end sol­len Kri­te­ri­en abge­lei­tet wer­den, wie die Heiz­ele­men­te noch leis­tungs­fä­hi­ger betrie­ben wer­den können.

Mechanische Charakterisierung von eisenreichen metallurgischen Restoff-Agglomeraten mittels Biokohle und organischen Bindemitteln

Bache­lor-/Stu­di­en­ar­beit | Ansprech­part­ner: Yong­su Lee | Beginn: ab sofort

Die Stahl­in­dus­trie wan­delt sich ste­tig in Rich­tung Kreis­lauf­wirt­schaft und CO2-Neu­tra­li­tät. Ziel die­ser Arbeit ist die Erschlie­ßung eisen­rei­cher Rest­stof­fe (Schla­cke, Staub, Schlamm) durch die Her­stel­lung selbst­re­du­zie­ren­der Agglo­me­ra­te unter Ver­wen­dung von nach­hal­ti­gem Biochar. Der direk­te Ein­satz von fein­kör­ni­gen Rest­stof­fen in Schmelz­öfen ist tech­nisch nur ein­ge­schränkt mög­lich. Es wer­den sta­bi­le Agglo­me­ra­te benö­tigt, die den mecha­ni­schen Belas­tun­gen beim Trans­port und bei der Ofen­be­schi­ckung standhalten.

Implementierung eines inversen Wärmeleitungsproblems zur Auswertung von Thermografiemessungen

Mas­ter­ar­beit | Ansprech­part­ner: Eva Wen­sing | Beginn: ab sofort

Das Insti­tut für Indus­trie­ofen­bau und Wär­me­tech­nik (IOB) nutzt moder­ne Mess­tech­nik und Simu­la­ti­on um die For­schung für die Metall­in­dus­trie vor­an­zu­trei­ben. Um die Mate­ri­al­ei­gen­schaf­ten von Stahl- und Alu­mi­ni­um­pro­duk­ten ein­zu­stel­len ist eine kon­trol­lier­te Abküh­lung bei der Wär­me­be­hand­lung wich­tig. Am Was­ser­kühl­prüf­stand des IOBs wird das Abkühl­ver­hal­ten von Metall­pro­ben durch Düsen­fel­der mit einer Ther­mo­gra­phie-Kame­ra unter­sucht. Zur Aus­wer­tung der Mess­da­ten muss u.a. ein sog. inver­ses Wär­me­lei­tungs­pro­blem (IHTP) gelöst wer­den. In der Mas­ter­ar­beit soll ein Aus­wer­te­skript imple­men­tiert wer­den, das mit Hil­fe einer der gän­gi­gen Lösungs­al­go­rith­men für IHTPs die Mess­da­ten auswertet. 

Konzeptionierung unkonventioneller Gaserhitzer mittels numerischer Methoden

Bache­lor-/Mas­ter-/Pro­jekt­ar­beit | Ansprech­part­ner: Juli­us Wil­ker | Beginn: ab sofort

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.

Automatisierte Messung thermisch induzierter Längenänderungen mittels digitaler Bildverarbeitung

Mas­ter­ar­beit | Ansprech­part­ner: Luis Schr­a­de | Beginn: ab sofort

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.

Raspberry-Pi-Programmierung zur Prozessautomatisierung eines hybrid beheizten Pizzaofens

Pro­jekt- / Mas­ter­ar­beit | Ansprech­part­ner: Nico­las Din­sing | Beginn: ab sofort

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.

Techno-ökonomische Analyse des Flexibilitätspotentials von Thermoprozessanlagen im Kontext der Energiewende

Bache­lor-/Mas­ter­ar­beit | Ansprech­part­ner: Cars­ten Gon­dorf | Beginn: ab sofort

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.

Modellierung der Strömung und Wärmeübertragung in elektrisch beheizten Thermoprozessanlagen

Bache­lor-/Mas­ter-/Se­mi­nar-/Pro­jekt­ar­beit | Ansprech­part­ner: Jan Menz­ler | Beginn: ab sofort

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.

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

Mas­ter­ar­beit | Ansprech­part­ner: 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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