Abteilung Fluidsysteme



Themen:

1. Diplom- / Masterarbeit: Analyse experimenteller Ergebnisse von Windkanalversuchen und Ableitung eines Bewertungsverfahrens zur Vorhersage aerodynamisch induzierter Lasten an Schienenfahrzeugen (Ankündigung)

Hintergrund:

Innerhalb der Entwicklung heutiger Schienenfahrzeuge gibt es eine Reihe von Zulassungsvoraussetzungen, welche seitens des Fahrzeugherstellers erbracht werden müssen. So unterliegt unter anderem die Seitenwindstabilität einer neu- oder weiterentwickelten Schienenfahrzeuggeometrie der Nachweispflicht auf Basis geltender Richtlinien. Die für einen Nachweis benötigten stationären aerodynamischen Lasten unter verschiedenen Seitenwindszenarien werden im Allgemeinen in Windkanalver-suchen an skalierten Modellen gemessen. Durch die langjährige Arbeit in diesem Forschungsbereich steht dem DLR eine breite Datenbasis an experimentellen Daten zur Verfügung.
 
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Versuchsaufbau für den Nachweis der Seitenwindstabilität eines Schienenfahrzeugs am Beispiel des ICE3 im Kryo-Windanal Köln
 

Aufgabenstellung:

Im Rahmen einer wissenschaftlichen Arbeit am DLR soll die bestehende Datenbank hinsichtlich geometrischer Formparameter analysiert werden. Dazu soll der bestehende Datensatz ausgewertet und die Ergebnisse der bisher untersuchten Schienenfahrzeuge gegenübergestellt werden. Anschließend gilt es, ein Bewertungsverfahren für die Vorhersage der aerodynamisch induzierten Lasten an zukünftigen Fahrzeuggeometrien zu entwickeln.
Zusätzlich zur Datenanalyse gehört zum Umfang dieser Arbeit die selbstständige Planung und Durchführung eines Windkanalversuchs im Bereich der Schienenfahrzeugaerodynamik. Dies erfolgt entweder im Rahmen eines DLR-Projektes oder einer Industriemesskampagne für einen unserer Auftraggeber.

Voraussetzung:

  • Gute Kenntnisse in Catia V5 oder einem anderen CAD-Tool erforderlich
  • Kenntnisse in Microsoft Access und Programmierkenntnisse in Visual Basic
  • Grundlagenkenntnisse im Bereich der Strömungsmechanik
  • Selbstständiges und zielorientiertes Arbeiten

Ansprechpartner:

Johannes Haff
Tel.: 0551 / 709-2140
E-Mail: Link zum E-Mail Formular (Ansprechpartner auswählen und Titel nennen)

 

2. Diplom- / Masterarbeit: Entwicklung eines Prognosetools zur Vorhersage von Lärm im Straßenverkehr (Ankündigung)

Hintergrund:

Leiser Straßenverkehr ist ein Wunsch vieler Anwohner von Hauptverkehrsstraßen. Aber wie laut darf Straßenverkehrslärm eigentlich sein? Um die Lärmbelastung an Straßen systematisch bewerten und vergleichen zu können, ist seit dem Jahr 2005 eine flächendeckende Kartierung von Verkehrslärm in Großstädten Pflicht. Hierzu werden Schallausbreitungsmodelle verwendet, die die Schallausbreitung von der Straße zur Häuserfassade simulieren. Ausgehend von der stündlichen Verkehrsdichte und einer mittleren Verkehrsgeschwindigkeit wird für jede Häuserfassade der resultierende zeitlich gemittelte Lärmpegel errechnet. Die Emissionen einzelner Fahrzeuge zu einem bestimmten Zeitpunkt werden hierbei nicht betrachtet. Abhängig vom Fahrzeugtyp, dem Beschleunigungszustand, der momentanen Geschwindigkeit und der Steigung der Straße können diese jedoch sehr stark variieren. Der sich ergebende Pegel-Zeit-Verlauf an der Häuserfassade kann dabei Charakteristika aufweisen, welche für die Anwohner stark störend sind. Um diese Effekte simulieren zu können müssen bestehende Schallausbreitungsmodelle dahingehend angepasst werden, dass Schallpegel-Zeit-Verläufe abgebildet werden können.
 
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Verkehrslärmsimulation in einer deutschen Innenstadt
 

Aufgabenstellung:

Vor diesem Hintergrund soll in dieser Arbeit zunächst eine Recherche bestehender Schallausbreitungsmodelle durchgeführt werden. Anschließend wird ein Modell ausgewählt und dahingehend modifiziert, dass Fahrzeuge als bewegte Schallquellen berücksichtigt werden können. Dieses Modell soll anschließend mit OpenSceneGraph (C++) implementiert werden. Abschließend wird das Modell anhand von Testszenarien validiert.

Inhalt der Arbeit:

  • Analyse von bestehenden Ausbreitungsmodellen und Auswahl eines geeigneten Ausbreitungsmodells zur Abbildung bewegter Schallquellen im Straßenverkehr
  • Implementierung des ausgewählten Modells in C++
  • Validierung des Modells anhand von Testszenarien und Messdaten

Voraussetzung:

  • Studium der Physik, Ingenieurwissenschaften oder Informatik
  • Gute Programmierkenntnisse (vorzugsweise bereits in C++)
  • Gutes räumliches Vorstellungsvermögen von Vorteil

Ansprechpartner:

Roland Schuster
Tel.: 0551 / 709-2194
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3. Bachelor- / Masterarbeit: Adjungierte Formoptimierung von durchströmten Rohrgeometrien mithilfe von Netzverformungsalgorithmen (Ankündigung)

Hintergrund:

Bei der adjungierten Formoptimierung wird der Einfluss der Oberfläche eines durch- bzw. umströmten Körpers auf eine gewählte Zielfunktion auf der Grundlage von numerischen Strömungssimulationen bestimmt. Hierfür wurde am DLR Göttingen ein CAD-freier Ansatz entwickelt, mit dem die Rechengitter hinsichtlich einer vorgegebenen Zielfunktion automatisiert verformt werden..
 
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Beispiel einer Rohrgeometrie
 

Aufgabenstellung:

Prinzipiell stehen am DLR Göttingen mehrere Methoden für die Netzverformung zur Verfügung. Einerseits kann das kommerzielle Softwarepaket ANSA verwendet werden, das verschiedene Möglichkeiten zur Netzdeformation bietet und anderseits ein selbst entwickeltes Programm, für den der Quellcode vorliegt und das sich daher bei Bedarf modifizieren lässt.
In der Arbeit sollen die bereits vorhandenen Geometrien von durchströmten Komponenten des Luftverteilungssystems von Flugzeugkabinen durch Anwendung der adjungierten CFD verformt und im Rahmen von sich anschließenden Strömungssimulationen bewertet werden. Dabei steht das Ergebnis der Optimierung, also die Auswirkung auf die Zielfunktion, im Vordergrund.
Ziel der Arbeit ist es, die Vor- und Nachteile der verschiedenen zur Verfügung stehenden Verformungsalgorithmen zu bestimmen und deren Auswirkungen auf die Genauigkeit der Formoptimierung zu analysieren.

Voraussetzung

  • Grundkenntnisse in der Strömungsmechanik
  • Erfahrungen mit dem Einsatz von numerischen Methoden und im Umgang mit Linux sind vorteilhaft.
  • Interesse an numerischen Simulationen

Ansprechpartner:

Thomas Köthe
Tel.: 0551 / 709-2643
E-Mail: Link zum E-Mail Formular (Ansprechpartner auswählen und Titel nennen)

 

 

4. Bachelor- / Masterarbeit: Experimentelle Untersuchung thermischer Konvektion mittels kombinierter Flüssigkristall-Thermometrie und Particle Image Velocimetry (Ankündigung)

Hintergrund:

Temperaturgradienten sind die treibende Kraft thermischer Konvektion. Aufgrund der Tendenz zu instationärem Verhalten solcher Strömungszustände ist die Kenntnis der instantanen Temperaturfelder wichtig, um die Strömungszustände vollständig erfassen und verstehen zu können. Mit klassischen Messsensoren lassen sich jedoch nur punktweise Messungen oder mittlere Geschwindigkeitsfelder bestimmen. Darüber hinaus ist die zeitgleiche Messung der instantanen Geschwindigkeits- und Temperaturfelder wünschenswert.
 
Bild zu FS-Diplomarbeit Konvektion
Ausgewertetes Temperatur- (Kontur) und Geschwindkeitsfeld (Vektoren) einer PIV-Messung
 

Aufgabenstellung:

Eine Möglichkeit, diese Aufgabe zu bewerkstelligen ist es, die Art und Weise, in der die Impfpartikel in einem Particle Image Velocimetry (PIV)-Aufbau das Licht streuen, auszunutzen, um die lokale Temperatur des die Impfpartikel umgebenden Fluids zu bestimmen. Dafür werden natürlich spezielle Impfpartikel benötigt, wie etwa Impfpartikel aus thermochromen Flüssigkristallen (TLC), die ihre Farbe reversibel mit der Temperatur ändern.
Bei dieser Arbeit soll es darum gehen, einen vorhandenen Versuchsaufbau geringfügig zu erweitern, um dann wissenschaftliche Untersuchungen an diesem durchzuführen. Dabei soll die Dynamik der Rollenstrukturen in der Zelle in Bezug auf den Wärmetransport und das Entstehen bzw. Zusammenbrechen von Strukturen, studiert werden. Darüber hinaus wird thermische Konvektion in unserer Abteilung auch numerisch untersucht, so dass auch ein Vergleich mit diesen Daten möglich sein wird.

Voraussetzung

  • Grundkenntnisse in Strömungsmechanik sowie computergestützter Datenauswertung
  • Erfahrung mit Strömungsmesstechnik wünschenswert
  • Freude am experimentellen Arbeiten

Ansprechpartner:

Daniel Schmeling
Tel.: 0551 / 709-2381
E-Mail: Link zum E-Mail Formular (Ansprechpartner auswählen und Titel nennen)

 


5. Master- / Diplomarbeit: Einfluss des Aspektverhältnisses einer quaderförmigen Kavität auf Strömungsstrukturen in thermischer Mischkonvektion (Ankündigung)

Hintergrund:

Thermische Konvektion in einer geschlossenen Kavität, die von unten beheizt und von oben gekühlt wird, ist seit mehr als einem Jahrhundert Gegenstand der Forschung. Insbesondere in Kombination mit erzwungener Konvektion stellen derartige Systeme Modelle für mannigfaltige technisch und naturwissenschaftlich relevante Strömungsfälle dar. Trotz der Fülle existierender Untersuchungen zu diesem Themenkomplex gibt es auch weiterhin vielfältige offene Fragestellungen. Im Rahmen dieser Arbeit soll der Einfluss der Geometrie auf die Strukturbildung in turbulenter Konvektion untersucht werden. Charakteristisch für solche Strömungszustände ist die Ausbildung großskaliger, miteinander wechselwirkender Rollenstrukturen. Ziel der Arbeit ist es, den Einfluss des Aspektverhältnisses eines quaderförmigen Konvektionsexperiments auf die groß- und kleinskaligen Strömungsstrukturen sowie ihr dynamisches Verhalten mittels lasergestützter Strömungsmessverfahren („Particle Image Velocimetry“ (PIV), „Laser Doppler Anemometry“ (LDA)) und Temperaturmessungen zu charakterisieren.

 

Bild zu FS-Diplomarbeit Konvektion
Kohärente Strömungsstrukturen in turbulenter Mischkonvektion,
bestimmt durch POD-Analyse einer Serie momentaner Geschwindigkeitsfelder
(Quelle: A. Westhoff, Doktorarbeit Universität Göttingen, 2012)

Aufgabenstellung:

Ein vorhandener Versuchsaufbau zur thermischen Konvektion soll erweitert werden, um an diesem mit Hilfe lasergestützter Messverfahren und Temperaturmessungen die sich ausbildenden Strömungsstrukturen sowie den Wärmetransport durch die Zelle zu untersuchen. Die gewonnenen Daten sollen anschließend mit Methoden der nichtlinearen Dynamik analysiert werden.

Voraussetzung:

  • Gute Kenntnisse in Strömungsmechanik
  • Experimentelles Geschick
  • Programmierkenntnisse
  • Erwünscht sind grundlegende Kenntnisse in optischer Messtechnik, nichtlinearer Dynamik und Signalverarbeitung/-analyse

Ansprechpartner:

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



DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
in der Helmholtz-Gemeinschaft
Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
Abteilung Fluidsysteme
Bunsenstraße 10
D-37073 Göttingen
 

 


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