Studien- und Abschlussarbeiten

Kurzbeschreibung

Mit dem Erneuerbaren-Energien-Gesetz von 2023 hat Deutschland das Ziel bis 2045 klimaneutral zu werden. Damit dieses Ziel gelingen kann, sieht das Gesetz Ausbauziele für Solar- und Windenergieanlagen vor. Das Institut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung besitzt ein Modell für die Demonstration verschiedener Szenarien in der Energiewende, welches jedoch nicht auf dem aktuellen Stand der gesetzlichen Bestimmung ist.

Ziel der Arbeit ist es die gesetzlichen Bestimmungen sowie mögliche Zukunftsszenarien für den Ausbau Erneuerbarer Energien und dem Stromverbrauch in Deutschland zu erarbeiten. Sowohl die Software als auch die Hardware des Modells sollen für das neue Konzept überarbeitet werden, um verschiedene Szenarien flexibel darzustellen. Idealerweise wird das Konzept innerhalb der Arbeit oder anschließend als studentische Hilfskraft implementiert.

Aufgabenstellung

• Recherche zu gesetzlichen Bestimmungen Ausbauplänen und Zielen der Energiewende
• Aufarbeitung verschiedener Prognosen zu Stromverbrauch und -erzeugung
• Konzeptionierung der Darstellung von Szenarien in der Energiewende am Modell
• ausführliche Dokumentation im Rahmen einer wissenschaftlichen Arbeit
• idealerweise Implementierung des Konzepts am Modell

Ihr Profil

• Student*in des Maschinenbaus, der Energietechnik oder ähnlicher Studiengänge
• Selbständige, gewissenhafte und strukturierte Arbeitsweise
• Grundlegende Kenntnisse der Energiesystemtechnik und Python

Kurzbeschreibung

Die effiziente Gestaltung von Reaktoren ist entscheidend für viele industrielle Prozesse, insbesondere in der chemischen und verfahrenstechnischen Industrie. Ein zentrales Ziel ist die Verbesserung der Wärmeübertragung innerhalb des Reaktors, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu gewährleisten und die Reaktorleistung zu optimieren. In dieser Arbeit soll die Strömung und Wärmeübertragung in einem zylindrischen Reaktor untersucht werden, der mit Einbauten ausgestattet ist, um die Strömung gezielt abzulenken. Diese Ablenkung soll die Randströmung minimieren und die Wärmeübertragung verbessern. Die Simulationen sollen mithilfe der Open-Source-Software OpenFOAM durchgeführt werden. Ziel ist es, die Strömungs- und Wärmeübertragungsdynamik zu analysieren und Optimierungsstrategien zu entwickeln.

Aufgabenstellung

• Erlernen der Grundlagen der OpenFOAM-Simulation, einschließlich der Einrichtung und Durchführung von Strömungssimulationen
• Untersuchung bestehender Studien und Methoden zur Strömungssimulation in Reaktoren und Schüttungen
• Entwicklung eines geeigneten Simulationsmodells für einen zylindrischen Reaktor, gefüllt mit einer Schüttung
• Durchführung von Strömungssimulationen zur Untersuchung der Strömungsprofile und Identifikation von Randströmungen
• Erste qualitative und quantitative Analyse der Strömungsergebnisse, Fokus auf die Identifikation von Randströmungen
• Erstellung einer umfassenden Dokumentation der Studienarbeit, einschließlich der Ergebnisse und einer abschließenden Bewertung

Ihr Profil

• Sie studieren Maschinenbau oder Energietechnik oder einen vergleichbaren Studiengang
• Sie verfügen über ein gutes Verständnis für Thermodynamik, Strömungsmechanik und Wärmeübertragung
• Sie besitzen Grundkenntnisse in der Programmierung
• Vorkenntnisse in OpenFOAM sind wünschenswert aber keine Voraussetzung

Kurzbeschreibung

Die Vielseitigkeit von Schüttungen in der Energie- und Prozessindustrie ist nahezu unbegrenzt. Ihr bemerkenswertes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen macht sie für unzählige Anwendungen unentbehrlich, sei es als Abscheider oder als chemische Reaktoren in verschiedenen Ausführungen. Gleichzeitig spielen Schüttungen eine zentrale Rolle bei thermodynamischen Prozessen wie der Kühlung von Zementklinker oder bei Trocknungsprozessen, zum Beispiel in der Erdgasspeicherung.

Die Größenverteilung reicht von Pulverbetten mit staubgroßen Partikeln bis hin zu Kiesbetten mit ausgeprägten Randeffekten und umfasst ein breites Spektrum. Dabei haben die Anordnung sowie die Partikelgrößen sehr große Einflüsse auf das Strömungsverhalten. Um diese Durchströmung visualisieren zu können und den Forschungsbereich der Wärmeübertragung präsentieren zu können, soll ein Apparat entwickelt werden. Dieser Apparat soll die Durchströmung von diversen Schüttungen unter Zuhilfenahme einer Nebelmaschine darstellen.

Ziel dieser Arbeit ist es diesen Demonstrator zu entwickeln, auszuarbeiten, zu konstruieren und in Betrieb zu nehmen.

Aufgabenstellung

• Ausführliche Literatur-Recherche zur Durchströmung von Schüttungen
• Aufstellen einer genauen Anforderungsliste an den Demonstrator
• Entwicklung und Konstruktion des Demonstrators
• Inbetriebnahme und ggf. Optimierung
• Ausführliche Dokumentation und Darstellung der Arbeit
• Präsentation der Ergebnisse im Rahmen eines Vortrages

Ihr Profil

• Student*in des Maschinenbaus, der Energietechnik oder ähnlicher Studiengänge
• Selbständige, gewissenhafte und strukturierte Arbeitsweise
• Handwerkliche Fähigkeiten hilfreich

Kurzbeschreibung

Im zukünftigen Energiesystem spielen disponible Kraftwerke für die Versorgungssicherheit eine entscheidende Rolle. Durch die Abschaltung konventioneller Kraftwerke sinkt die gesicherte Leistung, die dem Netzbetreiber zur Bereitstellung der Residuallast fehlen. Ein Leistungsdefizit bei kalten Dunkelflauten kann zu Ausfällen im Stromnetz führen. Für die Bereitstellung von Reservekapazitäten sollen Gasmotoren Kraftwerke untersucht werden. Im Hinblick auf die Versorgungssicherheit ist insbesondere die Dauer von Kaltstarts und der Einfluss von Wirkungsgrad steigernden Maßnahmen auf die Zuverlässigkeit interessant.

Aufgabenstellung

• Ausführliche Literaturrecherche zu Gasmotorenkraftwerken
• Modellierung eines Gasmotorenkraftwerks in Apros Thermal
• Implementierung und Bewertung von Wirkungsgrad steigernden Maßnahmen
• Abschätzung der Kosten von Vorhaltung und Betrieb des Kraftwerks
• Ausführliche Dokumentation im Rahmen einer wissenschaftlichen Arbeit

Ihr Profil

• Student*in des Maschinenbaus, der Energietechnik oder ähnlicher Studiengänge
• Selbständige, gewissenhafte und strukturierte Arbeitsweise
• Gute Kenntnisse in Kraftwerkstechnik und idealerweise Erfahrung in der Simulation von Kraftwerken

Kurzbeschreibung

In der thermodynamischen Analyse von Schüttungen kann die Berücksichtigung von Wärmestrahlung aufgrund geringer Temperaturunterschiede zwischen Fluid und Schüttungsmedium häufig vernachlässigt werden. Mit steigender Temperaturdifferenz gewinnt jedoch die über Strahlung abgegebene Energie der Schüttungspartikel an Relevanz, was eine Modellierung erforderlich macht.

In dieser Arbeit soll die Wärmestrahlung in Schüttungen mithilfe von OpenFOAM modelliert werden. Der Fokus liegt zunächst auf einfachen Kugelanordnungen. Im weiteren Verlauf der Arbeit soll anschließend schrittweise eine Annäherung an eine realistische Schüttungsanordnung erfolgen. Durch die Untersuchung verschiedener Betriebspunkte sollen abschließend Aussagen über das Strahlungsverhalten innerhalb eines thermischen Energiespeichers getroffen werden.

Aufgabenstellung

• Ausführliche Literaturrecherche zu Schüttungsanordnungen und Wärmestrahlung in thermischen Energiespeichern auf Basis von Schüttungen
• Analyse des Strahlungsaustauschs verschiedener Kugelanordnungen mithilfe von OpenFOAM
• Ausführliche Dokumentation und Darstellung der Arbeit

Ihr Profil

• Sie studieren Maschinenbau oder Energietechnik
• Sie verfügen über ein gutes Verständnis für Thermodynamik und Wärmeübertragung
• Sie besitzen Grundkenntnisse in der Modellierung mittels CFD
• Vorkenntnisse in OpenFOAM sind wünschenswert aber keine Voraussetzung