Leibniz Universität Hannover Faculty Faculty of Mechanical Engineering
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Institut für Thermodynamik
 
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Studentische Arbeiten

Studien- und Abschlussarbeiten

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IMPLEMENTIERUNG DER ENTROPIEERZEUGUNGSRATE VON STRÖMUNGEN IN NUMERISCHE SIMULATIONEN

Typ der Arbeit: Studien- oder Masterarbeit (theoretisch) (oder Modul Scientific Computing II)

Beginn: ab sofort

  • Details

    Bei der Wärmeübertragung wird wie bei vielen anderen Prozessen Entropie erzeugt. Die Ursachen für diese Entropieerzeugung können etwa Scherspannungen im Fluid und an Oberflächen, Turbulenzen und auch der Transport von Wärme infolge eines Temperaturgradienten sein. Für die thermodynamische Optimierung von Strukturen oder Oberflächen zur Wärmeübertragung ist die genaue Kenntnis über Ort und Art der Entropieerzeugung notwendig. Da dies messtechnisch nicht erfasst werden kann, bietet sich hierzu die numerische Simulation an.

    Im Rahmen der studentischen Arbeit sollen bestehende gelöste CFD Simulationen (Ansys Fluent) um die Entropieerzeugung erweitert werden. Hierzu sollen die gelösten Temperatur- und Geschwindigkeitsfelder im Postprocessing als Ausgangsbasis für die Lösung der Gleichungen zur Entropieberechnung dienen. Im Anschluss kann so eine Aussage über die optimale Struktur hinsichtlich Entropieerzeugung getroffen werden.

    Die Arbeit kann großenteils per HomeOffice und Remotezugang bearbeitet werden, von Zeit zu Zeit sind aber Gespräche vor Ort geplant.

  • Ansprechpartner
    M. Sc. Marco Fuchs
    Wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter
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    +49 511 762 14756
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    +49 511 762 3857
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    fuchsift.uni-hannover.de
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    An der Universität 1
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EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNG VON GEKOPPELTEN TRANSPORTPROZESSEN IN EINER ELEKTROCHEMISCHEN THERMOZELLE MIT ZWEI WASSERSTOFFELEKTRODEN

Typ der Arbeit: Studien-/Masterarbeit

Beginn: ab sofort

  • Details

    Elektrochemische Thermozellen auf Basis einer Polymerelektrolytmembran (PEM) bieten die Möglichkeit der direkten Umwandlung von Niedertemperaturwärme in elektrische Energie. Ihr Aufbau entspricht dabei dem einer PEM-Brennstoffzelle, d.h. einer ionenleitenden Polymerelektrolytmembran, die beidseitig mit Platin beschichtetet ist und zwischen zwei Gasdiffusionslagen (GDL) und Endplatten aus Edelstahl gepresst ist. Anders als bei der Brennstoffzelle werden die beiden Elektroden der Thermozelle mit einem Wasserstoff/Wasserdampfgemisch unterschiedlicher Temperaturen umströmt. Der aufgeprägte Temperaturgradient führt zu einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen der Anode und der Kathode, da sich das chemische Potential der Halbzellen abhängig von der Temperatur ändert.

     

    Für die Bestimmung der in dem Elektrolyten der Thermozelle ablaufenden Transportprozesse ist die Kenntnis über die exakten Randbedingungen unerlässlich. Eine wichtige Rolle spielen hier beispielsweise die an den Elektroden vorliegenden Temperaturen, die aufgrund des Zellaufbaus nur schwer unmittelbar zu messen sind.

     

     

    Nach einer Optimierung des Prüfstands hinsichtlich der Temperaturmessung der Elektroden sollen die in der Polymerelektrolytmembran ablaufenden Transportkoeffizienten für eine Variation an Betriebsbedingungen der Thermozelle gemessen werden. Mithilfe der experimentell ermittelten Koeffizienten sollen dann Aussagen über eine optimierte Betriebsführung der Thermozelle getroffen werden, die es anhand von Messungen zu validieren gilt. 

     

    Voraussetzungen:

    • erfolgreiche Teilnahme an den Vorlesungen "Brennstoffzellen und Wasserelektrolyse" sowie "Gemisch- und Prozessthermodynamik"
    • Selbstständige Arbeitsweise
  • Ansprechpartner
    M. Sc. Maike Willke
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WEITERENTWICKLUNG EINES ELEKTROCHEMISCHEN MODELLS EINER THERMOZELLE MIT ZWEI WASSERSTOFFELEKTRODEN

Typ der Arbeit: Studien-/Masterarbeit

Beginn: ab sofort

  • Details

    Elektrochemische Thermozellen auf Basis einer Polymerelektrolytmembran bieten die Möglichkeit der direkten Umwandlung von Niedertemperaturwärme in elektrische Energie. Ihr Aufbau entspricht dabei dem einer PEM-Brennstoffzelle, jedoch werden die beiden Elektroden der Thermozelle mit einem Wasserstoff/Wasserdampfgemisch unterschiedlicher Temperaturen umströmt. In der Membran einer Thermozelle sind der Temperaturgradient, der Gradient im chemischen Potential sowie der elektrische Potentialgradient eng gekoppelt. Die in dem Elektrolyten ablaufenden Transportprozess werden stark von dessen physikalischen Eigenschaften, wie z.B. dem Wassergehalt beeinflusst. Für die Beschreibung des von der Membran aufgenommenen Wassers sowie dem damit verbundenen Wassertransport gibt es in der Literatur eine Vielzahl von unterschiedlichen Ansätzen.

    Ziel dieser Arbeit ist die Weiterentwicklung eines elektrochemischen Modells der Thermozelle. Ein besonderer Fokus soll dabei auf der Modellierung des Wassergehalts sowie des eindimensionalen Wassertransports in der Polymerelektrolytmembran liegen. Nach einer ausführlichen Literaturrecherche sollen unterschiedliche Modellierungsansätze herausgearbeitet und mit einander verglichen werden. Die theoretischen Ergebnisse sollen dann mittels eines experimentellen Aufbaus zur Messung der temperatur- und feuchteabhängigen Wasseraufnahmefähigkeit für verschiedene Membranen validiert werden.

     

     

    Voraussetzungen:

    • erfolgreiche Teilnahme an den Vorlesungen "Brennstoffzellen und Wasserelektrolyse" sowie "Gemisch- und Prozessthermodynamik"
    • Selbstständige Arbeitsweise
  • Ansprechpartner
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ENTWICKLUNG EINES PRAKTIKUMSVERUSCHES IM BEREICH SOLARTHERMIE

Typ der Arbeit: Bachelor-/Studien- oder Masterarbeit (extern)

Beginn: ab sofort

VALIDIERUNG UND OPTIMIERUNG EINES VERSUCHSSTANDES ZUR VISUALISIERUNG DER ZWEIPHASIGEN WÄRMEÜBERTRAGUNG AN FUNKTIONALISIERTEN OBERFLÄCHEN

Typ der Arbeit: Studien-/Masterarbeit

Beginn: ab 10/2022

  • Details

    Im Rahmen eines Forschungsprojekts zur Funktionalisierung von Oberflächen in Plattenwärmeübertragern ist am IfT ein Versuchsstand aufgebaut worden, der die Beobachtung von Verdampfung und Kondensation mit einer Hochgeschwindigkeitskamera ermöglicht. Kern des Versuchsstandes sind zwei durchströmte Kanäle, die durch eine Platte mit einer funktionalisierten Wärmeübertrageroberfläche getrennt werden. Ein Kanal wird von Kältemittel durchströmt und ist optisch zugänglich gestaltet. Der andere Kanal wird von einem Heiz- oder Kühlmedium durchströmt, sodass eine Wärmeübertragung mit dem Kältemittel und folglich ein Phasenwechsel erfolgt. Der Versuchsstand ist im Rahmen vorausgegangener Arbeiten aufgebaut und in Betrieb genommen worden. Im Rahmen dieser Arbeit soll eine erste Messkampagne durchgeführt und ausgewertet werden. Die Funktionsweise der Anlage ist auf Grundlage dieser Messungen sicherzustellen. Darüber hinaus sind anschließend ggf. notwendige Optimierungsmaßnahmen durchzuführen.

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    M. Sc. Sebastian Wendt
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IMPLEMENTIERUNG EINER TEMPERATURSCHWINGUNGSMETHODE (TOIRT) ZUR BERÜHRUNGSFREIEN MESSUNG KONVEKTIVER WÄRMEÜBERGANGSKOEFFIZIENTEN

Typ der Arbeit: Masterarbeit (praktisch/experimentell)

Beginn: ab sofort

ENTWICKLUNG EINES 1D - SOEC - MODELLS MITTELS THERMODYNAMIK IRREVERSIBLER PROZESSE (TIP)

Typ der Arbeit: Master-/Studienarbeit (auch möglich als Bachelorarbeit) (theoretisch/numerisch)

Beginn: ab sofort

  • Details

    Durch sehr begrenzte Möglichkeit, lokale Transportvorgänge in situ zu messen, ist eine Simulation der molekularen Transportmechanismen von großer Bedeutung. Ein geeigneter Ansatz zur Beschreibung von Transportmechanismen in Nichtgleichgewichtssystemen ist die Thermodynamik der irreversiblen Prozesse (TiP). Diese Theorie dient der Beschreibung der einzelnen Transportprozesse und ihrer Kopplung miteinander. Aus den korrespondierenden Flüssen und Kräften lässt sich die durch den Transportvorgang bedingte lokale Entropieproduktion ermitteln.

    Das Analogon, also das 1D Modell für eine SOFC ist bereits vorhanden. Für einen kleinen Einblick:

    Gedik, A.; Lubos, N.; Kabelac, S. Coupled Transport Effects in Solid Oxide Fuel Cell Modeling. Entropy 2022, 24, 224. doi.org/10.3390/e24020224

    Das vorhandene SOFC-Modell soll demnach einmal für eine SOEC umprogrammiert werden.

    Programmeiert wird in Matlab (sehr gute Vorkenntnisse erwünscht).

    Anmerkung: Das Thema ist eigentlich für Masterstudierende geeignet, aber wer gerne die Herausforderung sucht, ist gerne willkommen. :)

  • Ansprechpartner
    M. Sc. Aydan Gedik
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CFD-SIMULATION UND OPTIMIERUNG ADDITIV GEFERTIGTER INNENSTRUKTUREN FÜR WÄRMEÜBERTRAGER

Typ der Arbeit: Studien-/Masterarbeit (theoretisch/numerisch)

Beginn: ab 04.2022

OPTIMIERUNG DER CHLOROFORMEXTRAKTION IN EINER INDUSTRIELLEN PRODUKTIONSANLAGE

Typ der Arbeit:  Studien- oder Masterarbeit (extern, Siegfried PharmaChemikalien Minden)

Beginn: ab sofort

ENTWICKLUNG EINER BILDAUSWERTUNG ZUR MESSUNG DES KONTAKTWINKELS VON KÄLTEMITTELN EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNG DES BENETZUNGSVERHALTENS AUF FUNKTIONALISIERTEN OBERFLÄCHEN

Typ der Arbeit: Studien- oder Masterarbeit 

Beginn: ab sofort

  • Details

    Im Rahmen eines Forschungsprojekts zur Funktionalisierung von Oberflächen in Plattenwärmeübertragern soll durch Messung des Kontaktwinkels eine erste Charakterisierung der Oberflächen im Hin-blick auf die Wärmeübertragung erfolgen. Das entsprechende Messgerät ist bereits am Institut vorhanden und in Betrieb. Die Software zur Auswertung ist jedoch derzeit auf die Messung des Kontaktwinkels für liegende Tropfen beschränkt. Kältemittel sind typischerweise gut benetzend. Die sich ergeben-den Kontaktwinkel können bei liegenden Tropfen kaum erfasst werden. In der Literatur wird stattdessen beispielsweise die Methode des Kapillaren Aufstiegs an einer vertikalen Platte eingesetzt, um sehr kleine Kontaktwinkel zu messen. Im Rahmen dieser Arbeit soll eine Bildauswertung und ein Auf-bau entwickelt werden, um mit oben genannter Methode Kontaktwinkel von Kältemitteln zu messen. Das entwickelte Programm soll anhand von Literaturdaten validiert werden. Die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen sind hochgradig relevant für das genannte Projekt. 

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VALIDIERUNG EINER VERSUCHSUMGEBUNG ZUR MESSUNG VON ZWEIPHASIGEN WÄRMEÜBERGANGSKOEFFIZIENTEN AN DREIDIMENSIONALEN OBERFLÄCHENSTRUKTUREN

Typ der Arbeit: Bachelor- oder Studienarbeit 

Beginn: ab sofort

  • Details

    Bei der Kondensation und Verdampfung können trotz geringer Temperaturdifferenzen hohe Wärmestromdichten verglichen mit dem einphasigen Betrieb eines Wärmeübertragers realisiert werden. Eine weitere Steigerung der Wärmestromdichte ist einerseits durch eine Flächenvergrößerung sowie mithilfe der gezielten Ausnutzung strömungsmechanischer Effekte möglich. Am IfT ist eine Apparatur konstruiert worden, die eine Untersuchung der Wirkungsweise verschiedener bspw. durch Laserstrukturierung und 3D-Metalldruck hergestellter Strukturen auf den zweiphasigen Wärmeübergang inklusive einer Quantifizierung des Wärmeübergangskoeffizienten ermöglicht. Die Versuchsapparatur wurde in vorausgehenden Arbeiten ausgelegt, konstruiert und aufgebaut.. In der ausgeschriebenen Arbeit soll der Versuchsstand in Betrieb genommen werden. Anschließend sollen erste Referenzmessungen von unstrukturierten Testoberflächen erfolgen. Die Funktionsweise der Anlage ist auf Grundlage dieser Messungen sicherzustellen.

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    M. Sc. Sebastian Wendt
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UNTERSUCHUNG THERMOHYDRAULISCHER EINFLUSSGRÖßEN AUF DIE FLUID-STRUKTUR-INTERAKTION (FSI) IM ENGEN GESCHLOSSENEN SCHNITTSPALT BEIM KALTKREISSÄGEN MITTELS OPENFOAM

Typ der Arbeit: Studien- oder Masterarbeit (theoretisch/numerisch)

Beginn: ab sofort

IMPLEMENTIERUNG, ANSCHLUSS UND INBETRIEBNAHME DER MESSTECHNIK AN CO2-PHASENWECHSELSONDEN ZU GEBÄUDEBEHEIZUNG

Typ der Arbeit: Studien- oder Masterarbeit (praktisch/experimentell)

Beginn: ab sofort

  • Details

    Hintergrund:

    Derzeit wird in Deutschland knapp 30% des Primärenergieverbrauches zur Raumwärmeerzeugung aufgewendet. Eine bislang noch sehr wenig genutzte Quelle für Wärmeenergie stellt das Erdreich dar. Eine besonders effiziente Variante der Erdwärmesonden stellt die CO2-Phasenwechselsonde dar. In Kooperation mit und auf dem Gelände der U & B Wöltjen GmbH in Nienburg wurden zwei Sonden dieser Bauart in Kombination mit zwei Wärmepumpen installiert.

    Diese wurden in vorherige Forschungsvorhaben grundlegend bezüglich ihrer Funktionalität untersucht. Nun soll eine verbrauchsgesteuerte Nutzung erfolgen. Die Wärmepumpen sollen zur Gebäudebeheizung des Firmengebäudes der U & B Wöltjen GmbH genutzt werden. Um die Zuverlässigkeit dieses Heizungskonzepts im praktischen Einsatz zu überprüfen, soll der Betrieb diese Pilotanlage messtechnisch erfasst werden.

     

    Aufgabenstellung:

    Das Messsystem für das im Aufbau befindliche Heizungssystem wurde bereits grundlegend konzipiert. Dabei sollen zum einen NI-basierte Messtechnik und Auswertung zum Einsatz kommen und weiterhin zwei kommerziell erhältlichen Wärmemengenzähler. Die Messtechnik soll im Zuge dieser Arbeit implementiert und zur Auswertung angeschlossen werden, was auch die Entwicklung einer geeigneten Umgebung zur Datenerfassung beinhaltet. Dazu soll eine automatische Datenübertragung bestimmter Messdaten vom Standort Nienburg direkt an das IfT in Garbsen aufgebaut werden.

    Im Laufe des Winters 21/22 soll das System erprobt und in Betrieb genommen werden. Die Auswertungen erster Betriebstage oder Wochen gehören zum Umfang dieser Arbeit.    

     

    Details siehe hier.

  • Ansprechpartner
    M. Sc. Robin Kahlfeld
    Wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter
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    M. Sc. Robin Kahlfeld
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OPTIMIERUNG VON STAPELSCHALEN-WÄRMEÜBERTRAGERN

Typ der Arbeit: Studien- / Masterarbeit

Beginn: ab sofort

HOCHGENAUE MESSUNG DER DICHTE VON FLUIDEN

Typ der Arbeit: Studien- / Masterarbeit

Beginn: ab sofort

  • Details

    Das Institut für Thermodynamik hat eine Biegeschwinger-Messapparatur, mit welcher die Dichte von Fluiden in Abhängigkeit von Druck und Temperatur sehr präzise gemessen werden kann. Diese Apparatur muss im Rahmen dieser experimentellen Arbeit in eine Messumgebung zum Thermostatisieren und Befüllen/Entleeren des Biegeschwingers integriert werden. Die Apparatur muss anhand bekannter Fluide kalibriert und entsprechend dokumentiert werden.

  • Ansprechpartner
    Dr.-Ing. Xing Luo
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    +49 511 762 2501
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    luoift.uni-hannover.de
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    Dr.-Ing. Xing Luo
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NUR WIRTSCHAFTSINGENIEURWESEN - MODUL SCIENTIFIC COMPUTING II

Studierende des Studiengangs Wirtschaftsingenieurwesen, die im Rahmen des Moduls "Scientific Computing II" auf der Suche sind nach einer Programmierarbeit zu den Themen

  • Brennstoffzellen
  • Wärmeübertragung
  • Kreisprozesse
  • Zustandsgleichungen,

können sich bei Conrad Zimmermann melden und eine Anfrage zu verfügbaren Themen stellen.

KONTAKT FÜR ALLGEMEINE FRAGEN ZU STUDIEN- UND ABSCHLUSSARBEITEN

M. Sc. Conrad Zimmermann
Wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter
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+49 511 762 5663
Fax
+49 511 762 3857
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