Projekt- und Abschlussarbeiten

Anwendung der „indirect hard modeling“-Methode (IHM) zur Spezies-Konzentrationsmessung in regenerativen Kraftstoffen

Bachelor- / Masterthesis

Anwendung der „indirect hard modeling“-Methode (IHM) zur Spezies-Konzentrationsmessung in regenerativen Kraftstoffen

Am Fachbereich MK werden im „Labor für Optische Diagnosemethoden und Erneuerbare Energien“ regenerative Kraftstoffe mit laser-diagnostischen Methoden untersucht. An einem der Prüfstände werden mittels kombinierter Raman/Rayleigh-Spektroskopie die Signalantworten solcher regenerativen Kraftstoffe in einer Kalibrations-Apparatur bei hohen Temperaturen untersucht, um mit diesen Daten später die quantitative Messung von Gas-Konzentrationen in Applikationen zu ermöglichen.

Ziel ist es, die in der Kalibrations-Apparatur gemessenen, reinen Signalantworten auch bei internationalen Projektpartnern z.B. in Australien, zu nutzen. Dafür müssen die Signalantworten so dargestellt werden, dass sie unabhängig von der jeweiligen Messapparatur, genauer gesagt der optischen Übertragungsfunktion, in eine physikalisch repräsentative Form reduziert werden. Hierfür eignet sich die IHM-Methode. In der Arbeit sollen mit der IHM Methode die Messdaten in einem OptimierungsAlgorithmus in theoretische Signale bzw. Übergänge, sogn. Sticks oder synthetische Spektren, überführt werden.

In nachfolgenden Schritten soll das mittels der IHM Methode erzeugte synthetische Spektrum dann in einem least-square-fit bzw. mittels machine learning an gemessene Spektren angefittet und damit die jeweiligen Konzentrationen bestimmt werden (vgl. Abb. 1). Mit diesem Ansatz soll erstmals die Datenauswertung für berührungslose Konzentrationsmessung in Applikationen regenerativer Kraftstoffe durchgeführt werden.
 

Schwerpunkt

• Entwicklung einer IHM-basierten Datenauswertung in Matlab

 

• Verwendung geeigneter Optimierungsalgorithmen oder von Machine Learning Ansätzen

 

• Verwendung geeigneter Optimierungsalgorithmen oder von Machine Learning Ansätzen

   

Anforderungen

• Interesse an Messtechnik und mathematischen Ansätzen in der Datenauswertung

 

• Matlab-Kenntnisse von Vorteil

 

• Strukturiertes und engagiertes Arbeiten im Team, aber auch Eigeninitiative

   

Standort

Hochschule Darmstadt, Gebäude C15 & Homeoffice

   

Geplanter Beginn

Ab sofort

Kevin Dieter

Konzeptionierung eines Abzug-Systems für das ODEE Labor

Ingenieur-Forschungsprojekt (IFP)

Konzeptionierung eines Abzug-Systems für das ODEE Labor

Am Fachbereich werden im „Labor für Optische Diagnosemethoden
und Erneuerbare Energien“ der Hochschule Darmstadt Verbrennungsvorgänge von regenerativen Kraftstoffen mit laser-diagnostischen Methoden untersucht. Dabei ist es notwendig, die entstehenden Gase sowie die thermische Leistung zuverlässig abzuführen. In diesem Rahmen soll für das ODEE Labor ein neues Abzugsystem konzeptioniert werden, das die individuellen Anforderungen aller Prüfstände hinsichtlich regelbarer Volumenströme, Gaszusammensetzung und Temperatur erfüllen kann. Eine Überprüfung des Konzepts soll idealerweise mit einer CFD Simulation erfolgen.
 

Schwerpunkt

• Strömungstechnische Auslegung eines Abzugsystems

 

• ggf. Validierung in einer CFD Simulation

   

Anforderungen

• Interesse an Strömungen

 

• Teamfähigkeit

   

Standort

Hochschule Darmstadt, Gebäude C21 & Homeoffice

   

Geplanter Beginn

Ab sofort

Johannes Lill

Entwicklung, Aufbau und Inbetriebnahme eines neuartigen Depol-Raman-Spektrometers

Masterthesis

Entwicklung, Aufbau und Inbetriebnahme eines neuartigen Depol-Raman-Spektrometers

Mit Hilfe eines neuartigen Raman-Spektrometers sollen zukünftig industrielle katalytische Prozesse untersucht werden, die sich insbesondere durch hohe Temperaturen und kurze Kontaktzeiten der gasförmigen Reaktanden mit der Katalysator-Oberfläche auszeichnen. Die neue Sensorik soll es erlauben, erstmalig die Konzentrationen als Funktion des räumlichen Abstands vom Katalysator zu messen. Hierbei tritt die starke thermische Strahlung glühender Katalysatorwände in Konkurrenz zum Messsignal.

Ein neuartiges Depolarisationskonzept soll dieses Problem lösen. Die optischen Bauteile hierfür sind bereits größtenteils ausgewählt. Eine Entwicklung des (opto-)mechanischen Aufbaus ausgehend von Konzeption über Konstruktion, Aufbau und Erprobung steht für die ausgeschriebene Arbeit im Fokus.

Schwerpunkt

• Literaturrecherche zu ähnlichen optischen Aufbauten

 

• Konzipierung und Konstruktion der mechanik des neuen Detektionssystems

 

• Aufbau und Inbetriebnahme des Systems

 

• Justage und anschließende Versuche zur Validierung

   

Anforderungen

• Interesse an aktuellen wissenschaftlichen Fragestellungen

 

• Vorliebe für Technik (ggf. auch Fotografie) und Konstruktion

 

• Zielführendes, selbstständiges Arbeiten

   

Standort

Homeoffice und Hochschule Darmstadt, Gebäude C21

   

Geplanter Beginn

Ab sofort

Konrad Koschnick

Entwicklung eines Datenverarbeitungs-Frameworks für Messdaten der Raman-Spektroskopie

Ingenieur-Forschungsprojekt (IFP)

Entwicklung eines Datenverarbeitungs-Frameworks für Messdaten der Raman-Spektroskopie

Im „Labor für Optische Diagnosemethoden und Erneuerbare Energien“ (C21) wurde in IFP-Projekten und Abschlussarbeiten ein optisches Mess-System, ein sogenanntes Raman-Spektrometer aufgebaut. Mit diesem Spektrometer bzw. der Raman‐Spektroskopie können Konzentrationen (bzw. Molanteile) in Gasgemischen und Flammen berührungslos mit Laserlicht gemessen werden. Die mit dem Spektrometer aufgenommenen Mess-Daten sind zunächst nur Einzelbilder, bestehend aus 1600x400 Pixeln mit entsprechenden Intensitätswerten. Um diese „Roh-Daten“ in quantitative Messdaten zu verarbeiten, bedarf es einer ganzen Reihe an Datenverarbeitungsschritten. Hierzu zählen beispielsweise die Verarbeitung der zuvor getätigten Kalibrier-Messungen, das Entfernen von sog. Hotpixeln (fehlerhafte Pixel-Werte), die Reduktion von Hintergrund-Strahlung und vielem mehr. Hierzu wurden bereits einige Datenverarbeitungs-Schritte in Matlab programmiert, jedoch fehlen noch weitere wichtige Bausteine sowie die Implementierung aller Bausteine in einer übergeordneten Datenverarbeitungs-Umgebung.

Schwerpunkt

• Recherche nach möglichen Datenverarbeitungs-Methoden

 

• Programmierung neuer Codes

 

• Implementierung aller Bausteine in einem übergeordneten UI

   

Anforderungen

• Grundkenntnisse in Matlab

 

• Interesse an aktuellen wissenschaftlichen Fragestellungen

 

• Strukturiertes und engagiertes Arbeiten im Team der Doktoranden und Studenten des Labors, aber auch Eigeninitiative

   

Standort

Hochschule Darmstadt, Gebäude C21

   

Geplanter Beginn

Ab sofort

Kevin Dieter

Integration und Inbetriebnahme einer Hochdruckzelle in den bestehenden Raman/Rayleigh Prüfstand

Bachelorthesis / Masterthesis

Integration und Inbetriebnahme einer Hochdruckzelle in den bestehenden Raman/Rayleigh Prüfstand

Am Raman/Rayleigh Prüfstand des ODEE Labors können mittels Lasermesstechnik berührungslos Konzentrationen und Temperaturen von Gasen gemessen werden. Aufgrund der zunehmenden Bedeutung von Prozessabläufen bei hohen Drücken soll der bestehende Prüfstand erweitert werden, um Raman Messungen unter erhöhtem Druck zu ermöglichen. Eine entsprechende Hochdruckzelle ist bereits vorhanden und muss mit einem geeigneten Konzept in den Prüfstand integriert werden.

Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines Konzepts zur Integration der Hochdruckzelle in den Raman/Rayleigh Prüfstand. Im Rahmen der Bachelorthesis soll die Zelle in Betrieb genommen werden. Durch Erweiterung der Aufgabenstellung, um erste Raman Messungen bei erhöhten Drücken, kann das Thema ebenfalls als Masterthesis behandelt werden.

Schwerpunkt

• Konzeptionierung der Integration der Hochdruckzelle in den Raman/Rayleigh Prüfstand

 

• Inbetriebnahme der Hochdruckzelle mit Tests zur Funktionsfähigkeit

 

• Durchführung von Raman-Messungen unter hohem Druck

   

Anforderungen

• Ausgeprägtes Interesse an Versuchsaufbauten, Konstruktion und Sensorik/Messtechnik

 

• Strukturiertes und engagiertes Arbeiten sowie Eigeninitiative

 

• Freude und Spaß am Experiment

   

Standort

Hochschule Darmstadt, Gebäude C21

   

Geplanter Beginn

April 2021

Johannes Lill

Implementierung eines Flow-Systems und Untersuchung der Betriebsgrenzen von NH3/H2-Flammen

Masterthesis

Implementierung eines Flow-Systems und Untersuchung der Betriebsgrenzen von NH3/H2-Flammen

Im Rahmen der globalen Reduktion von CO2-Emissionen gewinnen kohlenstofffreie Energieträger wie Wasserstoff (H2) oder Ammoniak (NH3) zunehmend an Bedeutung. Gemische von Ammoniak und Wasserstoff eignen sich, aufgrund ihrer zu Erdgas ähnlichen Verbrennungseigenschaften, für den Betrieb in Gasturbinen und stellen daher eine kohlenstofffreie Alternative zur Stromerzeugung dar. In Kooperation der NTNU Trondheim mit der Hochschule Darmstadt und der TU Darmstadt sollen zunächst die grundlegenden Betriebsgrenzen von NH3/H2-Flammen an einem Gegenstrombrenner untersucht und charakterisiert werden. Dazu wird zunächst ein Flow-System ausgelegt, was die benötigten Stoffströme an Brennstoff und Oxidator bereitstellt. Im zweiten Schritt werden verschiedene Experimente durchgeführt um u.a. den Einfluss der Mischungsanteile auf die Betriebsgrenzen der Flammen zu untersuchen.

Schwerpunkt

• Auslegung und Implementierung eines Flow-Systems zur Bereitstellung der Brennstoff/Oxidator-Stoffströme

 

• Untersuchung verschiedener Flammenkonfigurationen und Charakterisierung der Betriebsgrenzen von NH3/H2-Flammen

 

• Dokumentation und Analyse der Ergebnisse

   

Anforderungen

• Grundlegendes Interesse an Entwicklung, Konstruktion sowie Experiment und Auswertung

 

• Teamfähigkeit sowie eigenständiges Arbeiten

   

Standort

Hochschule Darmstadt, Gebäude C21

 

TU Darmstadt, Lichtwiese

 

NTNU Trondheim (Norwegen)

   

Geplanter Beginn

April 2021

Martin Löw

Inbetriebnahme eines Laborbrenners und laserbasierte Untersuchung der Geschwindigkeitsfelder und Reaktionszonen verdrallter Jetflammen

Masterthesis

Inbetriebnahme eines Laborbrenners und laserbasierte Untersuchung der Geschwindigkeitsfelder und Reaktionszonen verdrallter Jetflammen

Die Reduktion von Abgasen durch Verbrennungskraftmaschinen ist in den vergangenen Jahren verstärkt in den Fokus der Forschungslandschaft gerückt. Gerade Triebwerke im Flugverkehr bieten ein großes Einsparpotential. Daher wird in diesem Kontext aktuell verstärkt an magerer Verbrennung geforscht, welche durch niedrige Verbrennungstemperaturen die CO2-Emissionen deutlich senkt. Durch den geringen Brennstoffeinsatz und die starke Beimischung von Frischluft neigt die magere Verbrennung jedoch stark zur Oszillation und Verlöschen. Um diese Sachverhalte detailliert untersuchen zu können wird zur Zeit ein neuer Brenner entwickelt, welcher die magere Verbrennung aus technischen Anwendungen im Laborbetrieb abbildet. Anhand dessen sollen im Rahmen einer Masterthesis Messungen der Strömungsgeschwindigkeiten und Reaktionszonen durchgeführt werden, um durch konditionierte Informationen Rückschlüsse auf die Turbulenz-Chemie-Interaktion treffen zu können. Diese dienen zukünftig der Validierung von numerischen Modellen zur Entwicklung neuer Turbinentriebwerke.

Schwerpunkt

• Aufbau und Inbetriebnahme der Messtechnik

 

• Durchführung von Versuchen an unterschiedlichen Flammenkonfigurationen

 

• Auswertung und Analyse von Messdaten

   

Anforderungen

• Interesse an Lasermesstechnik und Optik

 

• Gewissenhaftigkeit im Umgang mit leistungsstarker Messtechnik

   

Standort

TU Darmstadt, Lichtwiese

   

Geplanter Beginn

September/Oktober 2020

Adrian Breicher