Abteilung Fluidsysteme

Themen:

1. CFD-Berechnung der Strahlzerstäubung für eine neue Generation von Verbrennungsmotoren (Download)

Hintergrund:

Schematische Darstellung einer Lavaldüse.

Schematische Darstellung einer Koaxialen Düse.

Aufgabenstellung:

Die Einspritzsysteme sollen möglichst so ausgelegt werden, dass eine optimale Verbrennung mit weniger verbrauchter Energie erzielt wird. Ein Schritt auf diesem Weg ist die Optimierung der Einspritzstrategie durch die Verwendung von Laval- und koaxialen Düsen (mögliche Konfigurationen sind in Abb. 1-2 dargestellt). Der Prozess der Zerstäubung in solchen Düsen geschieht durch den Zerteilmechanismus zwischen dem Hochgeschwindigkeitsgasstrahl und dem Kraftstoffsvolumen. Dieses soll im Projekt genauer untersucht werden. Dazu soll CFD-Simulation mit Programm OpenFOAM Düsenkonfigurationen durchgeführt werden.

Voraussetzung:

• gute Kenntnisse in Strömungsmechanik
• Programmiererfahrung (z.B. Fortran, C, ...).

Ansprechpartner:

PD Dr. Mikhail Konstantinov
Tel.: 0551 / 709-2876
E-Mail: Link zum E-Mail Formular (Ansprechpartner auswählen und Titel nennen)

2. Entwicklung und Implementierung eines eindimensionalen Bernoulli–Models der Ventilation in der menschlichen Lunge (Download)

Hintergrund:

(a) menschliche Atemwege

Im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgesellschaft (DFG) geförderten Projektes Protective Artificial Respiration (PAR) untersuchen wir die oszillierende Strömung in den zentralen (tracheobronchialen) Atemwegen des Menschen unter Bedingungen spontaner und mechanischer Beatmung [1] mittels numerischer Strömungssimulationen (CFD). Auf Grund einer sehr komplexen und unregelmäßigen Topologie des Bronchialbaums mit über 8×10⁶ einzelnen Verzweigungen soll ein eindimensionaler Bernoulli–Ansatz verwendet werden, um das physiologische und pathologische Verhalten der unteren durch die CFD nicht aufgelösten Lungenbereiche zu modellieren, die wiederum einen großen Einfluss auf das Strömungsbild in den oberen aufgelösten Bereichen ausübt.

Aufgabenstellung:

Nach einer Einarbeitung in das Thema der Biofluiddynamik und der Physiologie der menschlichen Lunge macht sich der Kandidat mit einer geeigneten Programmierumgebung und der Bernoulli–Gleichung vertraut. Daten aus der medizinischen Literatur, wie z.B. [2], sollen verwendet werden, um geeignete Koeffizienten zu bestimmen, die den Druckverlust in der Bernoulli–Gleichung auf Grund von Wandreibung und Verzweigungen in jeder einzelnen Generation des Bronchialbaums berücksichtigen. Weiterhin soll die Elastizität des Lungengewebes über einen zusätzlichen Potentialterm modelliert werden, und eine geeignete Modifikation der Koeffizienten soll das Verhalten pathologischer Lungenareale beschreiben. Damit ist es möglich, ein Gleichungssystem aufzustellen, welches eine Beziehung zwischen Volumenstrom und Druck eines ganzen Lungenbereichs liefert. Um dieses System zu lösen, soll ein numerisches Werkzeug aufgebaut und implementiert werden. Über einen Vergleich mit CFD–Simulationen, die am DLR durchgeführt
werden, soll das Modell bewertet werden. Die Ergebnisse und Erkenntnisse sollen abschließend dokumentiert und präsentiert werden.

(b) CFD-Simulation

(c) 1d–Modell / 3d–CFD Kopplung

Weiterführende Informationen:

[1] http://www.dlr.de/as/desktopdefault.aspx/tabid-4702/7791_read-12145/.
[2] E. R. WEIBEL, Morphometry of the human lung, Academic Press, New York, 1963

Anforderungen:

Der Bewerber sollte in erster Linie Interesse an interdisziplinären Problemstellungen und dem Bereich der Biofluiddynamik mitbringen. Darüber hinaus sind Vorkenntnisse in den Bereichen der Strömungslehre und numerischer Methoden vorteilhaft. Erfahrungen mit einer Programmiersprache und Linux als Entwicklungsumgebung sind ebenfalls vorteilhaft aber nicht notwendig.

Ansprechpartner:

Daniel Feldmann
Telefon : +49 / 551 / 709–2282
eMail : daniel.feldmann@dlr.de
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3. Experimentelle Untersuchung: Einfluss des Aspektverhältnisses auf kohärente Strukturen bei thermischer Konvektion in einer rechteckigen Kavität (Download)

Hintergrund:

Kavität

Thermische Konvektion in einer geschlossenen Kavität welche von unten beheizt und von oben gekühlt wird ist seit mehr als einem Jahrhundert Gegenstand der Forschung. Trotz der Vielzahl der Untersuchungen zu diesem Thema gibt es immer noch viele offene Fragen. Insbesondere der Einfluss des Aspektverhältnisses auf die Strukturbildung bei turbulenter thermischer Konvektion ist auch heute noch von großem Interesse. Hierzu bietet die Abteilung Aerodynamik und Strömungstechnik – Fluidsysteme eine Diplomarbeit zur Untersuchung von Kohärenten Strukturen bei thermischer Konvektion an. Ziel der Arbeit ist es den Einfluss des Aspektverhältnisses auf die Strömungsstrukturen mit Hilfe von Particle Image Velocimetry (PIV) und Temperaturmessungen zu untersuchen.

Aufgabenstellung:

Die Aufgabenstellung des Diplomanden / der Diplomandin besteht in der Erweiterung eines vorhandenen Versuchsaufbaus zur thermischen Konvektion um an diesem mit Hilfe von PIV und Temperaturmessungen Strömungsstrukturen und Wärmetransport zu untersuchen. Die gewonnen Daten sollen anschließend mit Hilfe von Methoden der nicht linearen Dynamik analysiert werden.

Voraussetzung:

• Gute Kenntnisse in Strömungsmechanik (idealer weise Strömungsmechanisches Praktikum) -
• Erwünscht: Grundlegende Kenntnisse in optischer Messtechnik, Kohärenter Optik, nichtlinearer Dynamik und Signalverarbeitung/analyse
• Die Fähigkeit zum selbständigen Arbeiten wird vorausgesetzt

Ansprechpartner:

Dipl. phys. Andreas Westhoff
Tel.: 0551 / 709-2294
Dr. rer. nat. Johannes Bosbach
Tel.: 0551 / 709-2455
E-Mail: Link zum E-Mail Formular (Ansprechpartner auswählen und Titel nennen)



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in der Helmholtz-Gemeinschaft
Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
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D-37073 Göttingen