Aktuelle Themen für Studien-, Bachelor-, Projekt- und Masterarbeiten
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Institut für Strömungsmechanik und Aerodynamik – LRT7
Aktuelle Themen für Studien-, Bachelor-, Projekt- und Masterarbeiten
Im Folgenden sind aktuelle Themen für Studien-, Bachelor-, Projekt- und Masterarbeiten
aufgelistet. In der Regel kann der Umfang der Themen der durchzuführenden Arbeit – und
somit der Stundenanzahl – angepasst werden. Sie können auch selber ein eigenes Thema
für eine Arbeit vorschlagen. Zögern Sie nicht, einen Mitarbeiter bei Fragen anzusprechen.
Characterization of microfluidic fuel cells based on co-laminar
streaming
Microfluidics fuel cells are a special class of minia-
turized fuel cells based on the concept of co-
laminar streaming and have great potential as fu-
ture power supply for portable electronic devices.
Their performance strongly depends on the fea-
tures of the co-laminar streams of fuel and oxidant
established in the internal microfluidic channels.
The aim of this project is to clarify the effect of dif-
ferent electrode types on the electrical and fluid
dynamical behavior of a specific fuel cell configura-
tion. Practically, the project will consist in the reali-
zation and experimental characterization of several fuel cells prototypes and will be
carried out in the microfluidic laboratories at LRT7.
Ansprechpartner: Dr. M. Rossi (massimiliano.rossi@unibw.de, 3051)
Jamming in a microfluidic hourglass
Microfluidic devices are promising tools with sever-
al potential applications, especially in fields as
chemical analysis or biomedicine. However, these
devices tend to block or clog whenever a concen-
trated suspension passes any narrow constriction;
which are often present in these devices. A single
clogging event can turn a device useless or at least
it can substantially reduce its performance. A very
similar problem is well known when dealing with grain silos, hoppers, and even hour-
glasses, which can get easily clogged if the discharging conditions are not optimal. The
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aim of the present project is to study the optimal working conditions for microfluidic
hourglasses by carefully sending micro-particle clouds of controlled particle concen-
trations, flow rate, size and particle numbers into the neck of the device. The duration
of the project can be adjusted to the specific needs of the student. The project can be
also written and defended in German.
Ansprechpartner: Dr. A. Marin (a.marin@unibw.de, 3063)
Characterization of ultrasound-induced motion of microparticles
The separation and manipulation of particles and
fluids are used in many areas of research; e.g. in
biology and medicine, where the separation and up-
concentration of specific cells and biological parti-
cles are of high interest. Among various techniques
are the use of ultrasound in microsystems, which
has proven to be a strong tool allowing for gentle,
label-free, and purely mechanical manipulation of
particles. In these systems two phenomena are
predominant for the resulting motion of microparti-
cles suspended in liquid-filled microchannel; (i) a
radiation force arising from scattering of sound on
the particles and (ii) a Stokes drag force from the
fluid itself due to acoustic streaming. However, the
phenomena exhibit strong three dimensional features and are still to be fully under-
stood. The proposed project will use the Astigmatic PTV method to experimentally
characterize the acoustophoretic particle motion, which will then be compared to exist-
ing theoretical predictions and numerical simulations.
Ansprechpartner: Dr. R. Barnkob (barnkob@unibw.de, 3486)
pH-Wert Bestimmung mittels fluoreszierender Partikel
Ziel der Arbeit ist es, den pH-Wert
bei der elektromagnetischen Kup-
ferabscheidung in einer Küvette
(Höhe 4 cm, Grundfläche 10x10
mm2) zu bestimmen. Dazu soll
zunächst ein geeigneter Fluores-
zenzfarbstoff ermittelt werden und
dieser dann anhand von Vorversu-
chen auf seine Eignung zur Bestimmung des pH-Wertes überprüft werden. Dabei soll
besonders die Empfindlichkeit untersucht werden und eine geeignete Kalibriermethode
bestimmt werden.
Ansprechpartner: M.Sc. J. Massing (julian.massing@unibw.de, 3063)
Dr.-Ing. C. Cierpka (christian.cierpka@unibw.de, 3077)
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Bestimmung der Emissions- und Absorptionsspektren fluoreszen-
ter Farbstoffe
Zur optischen Temperaturmessung sollen
Farbstoffpartikel eingesetzt werden, die je
nach Temperatur im Fluid eine andere Fluo-
reszenzintensität aufweisen. Ähnlich der
Druckabhängigkeit der Fluoreszenz die im
Bild dargestellt ist, sollen im Rahmen der Ar-
beit das Absorptions- und Emissionsspektrum
verschiedener Farbstoffe experimentell be-
stimmen werden. Dazu soll der am Institut
vorhandene durchstimmbare Farblaser zur
Anregung verwendet werden. Für die unterschiedlichen Anregungswellenlängen sollen
dann mittels Spektrometer die Fluoreszenzintensität ausgewertet werden. Der Fokus
liegt vor allem in der Entwicklung einer halbautomatischen Experimentiersequenz, mit
der eine standardisierte Auswertung unterschiedlicher Farbstoffe möglich ist.
Ansprechpartner: M.Sc. J. Massing (julian.massing@unibw.de, 3063)
Dr.-Ing. C. Cierpka (christian.cierpka@unibw.de, 3077)
Auswertung und Analyse der abgelösten Strömung in einem Trieb-
werkseinlauf
Ein am Institut zurzeit durchgeführtes Projekt beschäftigt sich mit der Untersuchung der
abgelösten Strömung im Einlauf eines Triebwerkes bei gestörter Anströmung. Ziel ist
es, dominante Wirbelstrukturen zu identifizieren sowie charakteristische Frequenzen
des Wirbelabwerfens zu bestimmen. Eine experimentelle Datenbasis aus diversen PIV-
Messungen liegt bereits vor. Im Rahmen der Auswertung sind mehrere wissenschaftli-
che Arbeiten zu vergeben. Voraussetzung sind Kenntnisse in Strömungsmechanik.
Programmierkenntnisse sind wünschenswert.
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. S. Übelacker (simon.uebelacker@unibw.de, 2566)
Parameteruntersuchungen zur Vermessung der Flügel-Profilierung
und -Verformung von freifliegenden Vögeln
Ein am Institut zurzeit durchgeführtes Projekt behandelt die Entwicklung einer Mess-
technik zur Vermessung von Vogelflügeln im Freiflug. Ziel ist es dabei, von der Natur
mehr über die optimale aerodynamische Formgebung zu lernen. Der für die Daten-
auswertung entwickelte Code wurde in Matlab implementiert. Bei dem Auswerte-
Algorithmus kann der Benutzer verschiedene Parameter steuern und so die Auswer-
tung beeinflussen. Im Rahmen der Arbeit sollen optimale Parameter gefunden und der
Code in seiner Leistungsfähigkeit gesteigert werden.
Ansprechpartner: M.Sc. M. Heinold (martin.heinold@unibw.de, 3053)
Untersuchungen zur Messgenauigkeit von Hitzdraht-Anemometern
für turbulente Strömungen
Hitzdraht Anemometer (HWA) werden zur Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit in
turbulenten Strömungen eingesetzt. Hierbei handelt es sich um ein intrusives Messver-
fahren, durch das eine Beeinflussung der lokalen Strömung im Bereich der Messsonde
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bewirkt wird. Ziel dieser Arbeit ist es daher, den Einfluss der HWA Messsonde auf tur-
bulente Strömungen zu untersuchen. Hierzu sollen nicht-intrusive Referenzmessungen
mittels Particle Image und Particle Tracking Velocimetry durchgeführt werden, um die
Messgenauigkeit und Strömungsbeeinflussung durch die Sonde zu quantifizieren.
Kenntnisse der experimentellen Strömungsmechanik und experimentelles Geschick
sind von Vorteil aber nicht notwendig.
Ansprechpartner: Dr.-Ing. C. Cierpka (christian.cierpka@unibw.de 3077)
Dr.-Ing. R. Hain (rainer.hain@unibw.de, 3168)
Modell zum Partikelfolgeverhalten
Im vergangenen Jahr wurde am Institut ein Versuchsstand in Betrieb genommen, um
Verschmutzungsprobleme im Vakuum zu untersuchen, wie sie bspw. bei der Herstel-
lung von Halbleitern auftreten. Um Partikel von wichtigen Bauteilen fernzuhalten, wer-
den lokal Spülströme eingebracht und die Schmutzpartikel so abgelenkt. Indem die
Bewegung der Partikel durch zwei Kameras aufgezeichnet wird (Stereo PIV/PTV),
kann im Anschluss ein Geschwindigkeitsfeld rekonstruiert werden. Um eine Grundlage
für weitere Experimente zu schaffen, soll eine theoretische Untersuchung zum Parti-
kelfolgeverhalten durchgeführt werden. Von besonderem Interesse ist der Einfluss von
Spülströmen auf Partikel von der Größe einiger Mikrometer bei geringen Drücken (1-50
Pa). Ziel ist eine Theorie, um Szenarien verlässlich nachzustellen. In einem zweiten
Schritt sollen die Erkenntnisse mit den vorhandenen Messergebnissen verglichen wer-
den. Kenntnisse der Strömungsmechanik und Messtechnik sind von Vorteil, aber nicht
zwingend notwendig.
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. S.Herbst (sebastian.herbst @unibw.de, 2287)
3D Particle Tracking Velocimetry mit einer Kamera
Die Triangulation von Partikelpositionen mit zwei Kameras ist in allen drei Raumrich-
tungen xyz sehr präzise. Jedoch nimmt die Genauigkeit der Positionsbestimmung bei
Messumgebungen mit Vibrationen ab, da sich die beiden Kameras relativ zueinander
bewegen. Aus diesem Grund soll ein experimentelles Setup realisiert werden, bei dem
mithilfe eines Strahlteilers und zwei Spiegeln eine stereoskopische Aufnahme von Par-
tikeln in einem Messvolumen möglich ist (siehe Abb.). Die Arbeit umfasst den Aufbau
der optischen Komponenten, die Analyse der Genauigkeit der Partikelpositionsbestim-
mung, sowie Untersuchungen zu verschiedenen Kalibriermethoden. Matlab-
Grundkenntnisse sind wünschenswert, aber nicht Voraussetzung.
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Thomas Fuchs (thomas.fuchs@unibw.de, 2566)
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Makroskopische, zeitaufgelöste Astigmatismus Particle Tracking
Velocimetry
Zur detaillierten Analyse von Wirbelstrukturen ist es notwendig solche zeitaufgelöst
aufzunehmen. Gleichzeitig ist es wünschenswert die Wirbel volumetrisch zu analysie-
ren, um ein umfassendes Bild der Strömungsphänomene zu erhalten. In dieser Arbeit
soll die 3D APTV Messtechnik für High-Speed Strömungsmessungen ausgelegt wer-
den. Neben dem optimalen optischen Setup, sollen die maximal möglichen Messvolu-
mendimensionen ermittelt werden, welche noch eine verlässliche Geschwindigkeitsbe-
stimmung erlauben. Weiterhin soll getestet werden, ob die vorhandenen Kalibrieralgo-
rithmen ausreichend sind. Je nach Umfang der Arbeit kann zusätzlich die Durchführ-
barkeit von stereoskopischen 3D3C Strömungsmessungen erprobt werden. Matlab
Grundkenntnisse sind wünschenswert, aber nicht Voraussetzung.
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Thomas Fuchs (thomas.fuchs@unibw.de, 2566)
Experimentelle Vorarbeiten zur Lifetime-PSP I
Die Pressure-Sensitive Paint Messmethode
(PSP) kann zur experimentellen Bestimmung
von Oberflächendruckverteilungen mit sehr ho-
her örtlicher Auflösung eingesetzt werden, siehe
Abbildung 1. Das Funktionsprinzip der Mess-
technik beruht auf der Kameramessung des Flu-
oreszenzsignals angeregter Luminophore, wel-
Abb.1: Oberflächendruckverteilung
che als Farbe auf Modelle aufgetragen werden. am NACA 0012 Profil gemessen mit
Dabei ist die „Lebensdauer“ des Fluoreszenz- PSP bei Ma = 0.7 im Trisonischen
Windkanal München, [1].
signals u. a. von der Sauerstoffkonzentration
(und somit von der Druckverteilung) abhängig,
siehe Abb. 2.
Es sollen experimentelle Untersuchungen zum
Aufbau des Messsystems, Betrachtung wesent-
licher Einflussparameter (Temperatureinfluss,
Schichtdicke, …) sowie Vergleichsmessungen
mit der radiometrischen PSP-Messmethode an-
gestellt werden. Die Möglichkeit zur Durchfüh-
rung der Vergleichsexperimente im Trisonischen
Windkanal München ist gegeben. Die Ergebnis-
se sollen in geeigneter Weise dokumentiert wer-
Abb.2: Fluoreszenzlebensdauer
den. eines PSP-Luminophors in Abhän-
Voraussetzungen: selbständiges Arbeiten, Inte- gigkeit des Drucks und der Tempera-
tur des Fluids (Prinzip), [1].
resse am Experimentieren, Programmierkennt-
nisse von Vorteil.
[1] Bitter, M. (2013): Characterization of a turbulent separating, reattaching flow using optical pressure and
velocity measurements, München, Univ. der Bundeswehr, Dissertation
Ansprechpartner: M.Sc. A. Tagliabue (andrea.tagliabue@unibw.de, 4687)
Dr.-Ing. M. Bitter (martin.bitter@unibw.de, 2559)
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Experimentelle Vorarbeiten zur Lifetime-PSP II
Die Pressure-Sensitive Paint Messmethode (PSP) kann zur experimentellen
Bestimmung von Oberflächendruckverteilungen mit sehr hoher örtlicher Auflösung
eingesetzt werden. Das Funktionsprinzip der Messtechnik beruht auf der
Kameramessung des Fluoreszenzsignals angeregter Luminophore, welche als Farbe
auf Modelle aufgetragen werden. In konkaven Ecken (bspw. Flügel-
/Rumpfverschneidung am Flugzeugmodell) kommt es zu einer druckbedingten
Intensitätserhöhung, siehe folgende Abbildung. Dieser Effekt, welcher zur Erhöhung
der Messungenauigkeit in der Nähe der Ecke führt, soll experimentell untersucht
werden.
Es sollen experimentelle Untersuchungen an einem generischen Experiment
(rechtwinklige Ecke) in der PSP-
Kalibrierkammer des Instituts durchgeführt
werden. Wesentliche Einflussparameter (z.B.
Druck-/Temperatur-/Beleuchtungsvariation) sind
zu untersuchen. Es sollen geeignete Methoden
zur Kompensation des Effekts aus den
Ergebnissen abgeleitet und in Matlab
implementiert werden. Die Ergebnisse sind in
geeigneter Weise zu dokumentieren. Prinzip des Selbstbeleuchtungs-effekts
Voraussetzungen: selbständiges Arbeiten, Inte- einer PSP-Oberfläche in einer konka-
ven Ecke, [1].
resse am Experimentieren, Programmierkennt-
nisse von Vorteil.
[1] Bitter, M. (2013): Characterization of a turbulent separating, reattaching flow using optical pressure and
velocity measurements, München, Univ. der Bundeswehr, Dissertation
Ansprechpartner: M.Sc. A. Tagliabue (andrea.tagliabue@unibw.de, 4687)
Dr.-Ing. M. Bitter (martin.bitter@unibw.de, 2559)
Entwicklung eines Verfahrens zur kontrollierten Erzeugung von ein-
zelnen Blasen in einem Gegenstromkanal I
Zur Untersuchung des Strömungsverhaltens von Bla-
senschwärmen und dessen Auswirkung auf einzelne
individuelle Blasen wird ein Versuchsstand verwendet,
der eine Strömung simuliert wie sie in einem Blasen-
schwarm herrscht. Zur kontrollierten Erzeugung von
Einzelblasen soll ein Verfahren entwickelt werden, das
es erlaubt einzelne Blasen mit definierter Größe und in
variierbarer Frequenz in den Kanal abzugeben. Dabei
soll besonderer Wert auf die Blasengröße gelegt wer-
den. Es kann zwischen mehreren Erzeugungsmetho-
den unterschieden werden – Druckgetriebene Metho-
den und Volumenstromgetriebene Methoden. In dieser
Arbeit sollen die Vor- und Nachteile beider Methoden
untersucht und zunächst in einer kleinen Küvette, Gegenstrommessanlage zur Unter-
später in der Gegenstromanlage selbst, getestet wer- suchung von Blasenströmungen;
Foto: K. Haase
den.
Ansprechpartner: M.Sc. K. Haase (katharina.haase@unibw.de, 2132)
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Entwicklung eines Verfahrens zur kontrollierten Erzeugung von ein-
zelnen Blasen in einem Gegenstromkanal II
Von Projektpartner aus der Chemie entwi-
ckelte Reaktionssysteme können angewen-
det werden, um die Sauerstoffkonzentration
mit bildgebenden Verfahren zu bestimmen.
Es soll eine Kupfer-Ammoniak Lösung ver-
wendet werden, die sich unter Kontakt mit
Sauerstoff blau färbt. Für diese Lösung soll
eine Quantifizierung der Färbung zur Ermitt-
lung der Sauerstoffkonzentration durchge-
führt werden. Das Kupfer-Ammoniak Ge-
misch soll anschließend in Verbindung mit Verschiedene Konzentrationsmischungen des
aufsteigenden/festgehaltenen Blasen unter- Kupfer Ammoniaksystems. Foto: R. Rampmaier
sucht werden, um die Sauerstoffabgabe der Blasen in das Wasser räumlich messen zu
können. Hierbei soll auch auf die Blasengröße, Aufstiegsgeschwindigkeit etc. geachtet
werden.
Ansprechpartner: M.Sc. K. Haase (katharina.haase@unibw.de, 2132)
Dr.-Ing. C. Cierpka (christian.cierpka@unibw.de, 3077)
Numerische Untersuchungen zum Verhalten von Dual-Bell Rake-
tendüsen bei Überexpansion und Transition
Bei niedrigen Flughöhen arbeiten die Düsen von
Trägerraketen in einem überexpandiertem Zu-
stand. Bei einer zu großen Überexpansion löst die
Strömung innerhalb der Düse ab und führt dadurch
zu überhöhten dynamische Lasten. Durch numeri-
sche Analysen soll ein Expansionsverhältnis ermit-
telt werden, bei dem die vorgegebene Düse beim
Erreichen des Betriebspunktes eine voll fließende Machzahlverteilung in einer Bell-Düse
mit Strömungsablösung am Düsen-
Strömung entwickelt. Des Weiteren soll auch die
austritt
Transition bei sogenannten Dual-Bell Düsen nume-
risch untersucht werden. Hierfür soll der Einfluss verschiedener Geometrien auf das
Transitionsverhalten im Detail analysiert werden.
Ansprechpartner: M.Sc. I. Bolgar (istvan.bolgar@unibw.de, 3052)
Beeinflussung turbulenter Grenzschicht Strömung mittels mikro-
perforierter Oberflächen
Die Reduktion des Strömungswiderstands im Rei-
seflug ist von großem technologischem und öko-
logischem Interesse. Durch geeignete Beeinflus-
sung der turbulenten Grenzschicht kann hierbei
der Strömungswiderstand an Tragflügeln und
Rümpfen und somit der Treibstoffverbrauch und
Schadstoffausstoß in der zivilen Luftfahrt reduziert
werden. Um dieses Ziel zu erreichen, soll im
Seite 7 von 8Rahmen dieser Forschungsarbeit das Ausblasen über mikroperforierten Oberflächen
untersucht und dessen Wirkung auf die großskaligen Strukturen der turbulenten
Grenzschicht analysiert werden. Grundkenntnisse in der Strömungsmechanik und Ae-
rodynamik sind von Vorteil.
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. N. Reuther (nico.reuther@unibw.de 2132)
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