Studentische Arbeiten

Zur optischen Untersuchung von Partikelströmungen in komplexen Geometrien oder dichte Suspensionen ist der Einsatz sogenannter „Refractive Index Matched“ (RIM)-Fluide erforderlich. Ziel ist es, ein Fluid zu entwickeln, dessen Brechungsindex dem von PMMA entspricht, um optische Verzerrungen an den Grenzflächen zu vermeiden. Im Rahmen dieser Arbeit soll ein geeignetes RIM-Fluid hergestellt und experimentell charakterisiert werden. Hierbei stehen insbesondere folgende Arbeitsschritte im Fokus:

• Auswahl geeigneter Rezepturen zur Brechungsindexanpassung an PMMA
• Experimentelle Untersuchung physikalischer Eigenschaften (Brechungsindex, Dichte, Viskosität) in Abhängigkeit von Temperatur und Mischungsverhältnis
• Einsatz von Viskosimetern und Refraktometern zur Quantifizierung
• Bewertung der MRT-Kompatibilität des Fluids
• Evtl. Entwicklung und Aufbau eines Demonstrators zur Visualisierung einer partikelbeladenen Strömung

Kontakt: David Frank

Zur Analyse von Blasenströmungen ist die zuverlässige Segmentierung einzelner Blasen in Bilddaten essenziell. Klassische Bildverarbeitungsverfahren wie Hough-Transformation oder watershed-algorithmen stoßen jedoch bei überlappenden oder deformierten Blasen an ihre Grenzen. In dieser Arbeit soll ein Deep-Learning-Ansatz auf Basis neuronaler Netze entwickelt werden, der mithilfe synthetischer Daten trainiert wird.

Im Rahmen der Arbeit sollen folgende Punkte bearbeitet werden:

• Auswahl und Implementierung eines geeigneten Segmentierungsmodells (z. B. Mask R-CNN oder SoloV2)
• Generierung synthetischer Trainingsdaten, z. B. durch Nutzung vorhandener Datensätze oder Raytracing mit Blender
• Ggf. Ergänzung der Bilddaten um realistische Kameraeffekte (Unschärfe, Rauschen)
• Training und Validierung des Modells mit synthetischen und ggf. realen Bildern

Kontakt: David Frank

Die Taylor-Couette-Strömung ist ein etabliertes Modellsystem der Strömungsmechanik. Sie eignet sich besonders zur Untersuchung von Mehrphasenströmungen, etwa mit Luftblasen oder Partikeln, und deren Einfluss auf Turbulenz, Stabilität und Wandreibung.

Ziel dieser Arbeit ist der Entwurf und Aufbau eines Prüfstands, mit dem sich partikel- und blasenbeladene Couette-Strömungen auch im MRT untersuchen lassen. Die Arbeit umfasst:

• Literaturrecherche zur Taylor-Couette-Strömung mit Fokus auf Mehrphasenströmungen
• Strömungsmechanische und konstruktive Auslegung des Prüfstands
• Auswahl geeigneter Materialien und Komponenten (z. B. MR-kompatibel)
• Fertigung und Aufbau des Systems
• Inbetriebnahme und ggf. Validierung mit ersten Messungen

Kontakt: David Frank

Im Rahmen eines Forschungsprojekts soll der Einfluss von Dampfblasen in einer reaktorähnlichen Strömung untersucht werden, mit Bezug zur Sicherheit in unter anderem Druckwasserreaktoren (PWR). Hierzu wird ein experimenteller Aufbau entwickelt, der einen Reaktorkernabschnitt als Mockup abbildet und mithilfe von Magnetresonanz-Velocimetrie (MRV) dreidimensional vermessen wird. Die experimentellen Ergebnisse dienen der Validierung numerischer Simulationen.

Vorgesehene Arbeitsschritte:

• Literaturrecherche zu Strömungs- und Siedevorgängen in Brennstabkammern
• Auslegung eines MRT-kompatiblen Versuchsaufbaus
• Planung und ggf. Durchführung optischer Vorversuche
• Vorbereitung und (optional) Durchführung einer MRV-Messkampagne

Kontakt: David Frank

In Brennkammern soll zukünftig Wasserstoff als Brennstoff beigemischt werden. Die veränderte Verbrennungsdynamik stellt dabei eine Herausforderung dar. Neue Geometrien sollen die Vermischung optimieren und hier untersucht werden.

Das ausgeschriebene Thema umfasst unter anderem:

• Konzeption und Konstruktion eines Prüfstandes inklusive eines für Wasserstoff optimierten Brennkammermodells
• Auslegung und Umsetzung des Strömungskreislaufs für Brenngas und Luftströme
• Unterstützung bei der Messkampagne

Kontakt: Swantje Romig

^{(ab Wintersemester 2025/2026)
Bereits 1924 fuhr das erste Schiff, dass zwei Flettner-Rotor als Antrieb besaß, die Buckau über die Nordsee  – und im Jahr 1926 überquerte die Buckau erfolgreich den Atlantik. Im gleichen Jahr wurde das Frachtschiff Babara in Dienst gestellt, das mit drei Flettner-Rotoren als Zusatzantrieb ausgerüstet wurde und ebenfalls die Testphase erfolgreich abschloss. 
Danach wurden Flettner-Rotoren als nicht wirtschaftlich gegenüber den etablierten Antriebsarten von Schiffen betrachtet. Erst mit stark steigenden Treibstoffkosten in den Ölkrisen der 1970er Jahre sowie im Zusammenhang mit Forderungen zur Senkung von CO₂-Emissionen in der Schifffahrt rücken Flettner-Rotoren als Zusatzantrieb bei Schiffen wieder in den Fokus. Inzwischen gehören die Flettner-Rotoren der beiden Scandlines Fähren Copenhagen und Berlin zum Alltagsbild des Rostocker Überseehafens.}
Im Rahmen studentischer Arbeiten sollen experimentelle Untersuchungen am Modell eines Flettner-Rotors bei verschiedenen Parameterkonfigurationen konzipiert, durchgeführt sowie ausgewertet werden. Der spezifische Versuchsaufbau und die zugehörigen Parameter ergeben sich aus der für Ihre Arbeit definierten Aufgabenstellung.

Kontakt: Dr.-Ing. Frank Hüttmann

Mittels MRV können innerhalb weniger Stunden umfassende zwei- und dreidimensionale Datensätze gewonnen werden, die verarbeitet und visuell aufbereitet werden müssen. Für verschiedene Anwendungsfälle von der Medizin bis zur Reaktorsicherheit stehen Messdaten zur Verfügung die im Rahmen einer Bachelorarbeit wissenschaftlich aufbereitet werden sollen.

Das ausgeschriebene Thema umfasst unter anderem:

• Literaturrecherche zu numerischen und experimentellen Vergleichsdaten des jeweiligen Anwendungsfalles
• Einarbeitung in die Datenauswertung und –verarbeitung mittels Matlab, Paraview und Bildbearbeitungssoftware zur Erstellung von aussagekräftigen Grafiken
• Auswertung und Interpretation der Ergebnisse und ggf. Vergleich mit numerischen oder experimentellen Referenzdaten

Kontakt: Dr. K. John

In Zusammenarbeit mit Forschern der University of Minnesota werden wir neue Konzepte für prall- und filmgekühlte Bauteile entwerfen und mit verschiedenen experimentellen und numerischen Methoden untersuchen. Die Hauptuntersuchungsmethode in Rostock ist die Magnetresonanz-tomographie. Als studentische Hilfskraft oder im Rahmen einer Abschlussarbeit könnt ihr an folgenden Themen mitarbeiten:

• Konzeption & Konstruktion
• Modellbau mit Selektiven Lasersintern und anderen Techniken
• Assistenz bei den Messungen am MRT-Scanner
• Zusammenarbeit mit Studierenden der University of Minnesota

Kontakt: Dr. M. Bruschewski

In Zusammenarbeit mit Forschern der University of Canterbury forschen wir an den strömungsphysikalischen Eigenschaften von porösen Medien, wie beispielsweise Schwämmen, Filtern und Katalysatoren. Ähnliche Strukturen treten auch in Natur und Medizin auf. Während unsere Partner in Neuseeland die Strömung simulieren, arbeiten wir in Rostock mit der Magnetresonanztomographie. Wir bieten euch folgende Tätigkeitsfelder:

• Konzeption & Konstruktion
• Modellbau mit Selektiven Lasersintern und anderen Techniken
• Assistenz bei den Messungen am MRT-Scanner
• Zusammenarbeit mit Studierenden der University of Canterbury

Kontakt: Dr. M. Bruschewski

Nukleare Reaktoren werden weltweit zur Sicherung der Energieversorgung eingesetzt. Trotz des deutschen Atomausstiegs, besteht weiterhin ein großes Interesse am Kompetenzerhalt auf diesem Gebiet und der weiteren Erforschung und Gewährleistung der Reaktorsicherheit. Am Lehrstuhl Strömungsmechanik wird in enger Zusammenarbeit mit einem Industriepartner der Einsatz der MRV Messtechnik zur Bereitstellung von experimentellen Validierungsdaten untersucht.

Das ausgeschriebene Thema umfasst unter anderem:

• Eine umfangreiche Literaturrecherche zu den numerischen und experimentellen Verfahren im Bereich Reaktorsicherheit
• Begleitung von Messungen und/oder numerischen Simulationen
• Auswertung der experimentellen Daten und Vergleich mit numerischen Ergebnissen unter Anwendung automatisierter „data matching“-Prozesse.

Kontakt: Dr. K. John

Die Dialyse von Blut ist ein lebensrettender Vorgang für viele chronisch kranke Patienten. Bei diesem Vorgang erfolgt ein Austausch von unerwünschten Blutbestandteilen über eine Membran. In der Medizintechnik werden Dialysatoren als vom Blut des Patienten durchströmte Kapillarbündel konstruiert, welche im Gegenstrom axial vom Dialysefluid umströmt werden. Der Stoffaustausch erfolgt durch die semipermeable Wand der Kapillaren.

Eine Variante dieser Dialysatoren wird nun auch für die Blutanalyse erforscht, bei der eine Miniaturisierung des Dialysatoraufbaus durchgeführt wurde. In diesem Mikro-Dialysator strömt anstelle von Blut Blutplasma und anstelle der Dialyseflüssigkeit ein Testfluid. Die angestrebte Geometrie besteht in Anlehnung an einen humanmedizinischen Dialysator aus einem Zylinder mit 4 mm Durchmesser, der im mittleren Teil mit axial ausgerichteten Hohlfasern als Kapillaren gefüllt ist. Versorgungsanschlüsse und Dichtmasse sorgen für eine Trennung der Blutplasmaströmung durch die Hohlfasern von der Umspülung mit Testfluid.

In der hier geplanten Arbeit soll eine numerische Strömungssimulation für beide Strömungsbereiche eines vorgegebenen Mikro-Dialysators durchgeführt werden. Das Ziel ist es, die Strömungsgeschwindigkeitsfelder im Blutplasmastrom und im Testfluid zu ermitteln. Dabei werde die Membraneigenschaften der Hohlfasern und die ggf. noch vorhandenen nichtnewtonschen Eigenschaften des Blutes im Blutplasma vernachlässigt.

Teilaufgaben:

• Literaturrecherche zur Geometrie vom humanmedizinischen und Mikro-Dialysatoren
• Übernahme der existierenden Fraunhofer-IZI Geometrie für den Mikro-Dialysator, Erstellung der numerischen Gitter für die Konvergenzstudie und die finale Rechnung
• numerische Simulation der stationären  Geschwindigkeitsfelder im Mikro-Dialysator bei verschiedenen Randbedingungen
• Vergleich der Ergebnisse mit den experimentellen Daten und Ergebnissen aus bisherigen Dialysatoruntersuchungen.
• Auswertung und Darstellung der Messdaten

Literatur:

1. M. Dabaghi, N. Rochow, N. Saraei et al., Miniaturization of Artificial Lungs toward Portability, Adv. Mater. Technol., 2020
2. S. Geberth, R. Nowack, Praxis der Dialyse, 2011
3. H. Krüsemann 1, P. Töllner, E. Westphal, J. Hofrichter and H. Seitz, Design and 3D printing of miniaturized dialyzers for laboratory use, Additive Manufacturing Meets Medicine 2021 DOI: 10.18416/AMMM.2021.2109xxx

Kontakt: Dr. M . Brede

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit soll ein Active Noise Cancelling (ANC)-System entwickelt werden, um den Lärm, der durch Magnetresonanztomographen (MRT) in den Kontrollraum übertragen wird, zu minimieren. Der Fokus liegt hierbei auf der Entwicklung eines Systems, das den durch Waveguides übertragenen Luftschall aktiv reduziert. Das Thema umfasst die Auswahl geeigneter Komponenten, die Implementierung eines ANC-Algorithmus sowie die Durchführung von Tests zur Validierung des Systems.

Das ausgeschriebene Thema umfasst unter anderem:

• Literaturrecherche zu ANC-Technologien und Anwendungen im Bereich der Lärmminderung
  Auseinandersetzung mit bestehenden ANC-Ansätzen und -Technologien zur Schallreduzierung, speziell im medizinischen Bereich und in kontrollierten Umgebungen wie MRT-Kontrollräumen.
• Auswahl geeigneter Komponenten (Lautsprecher und DSP-Board)
  Identifikation und Auswahl von Lautsprechern, die für die Reproduktion von Anti-Schall geeignet sind, sowie ein passendes DSP-Board zur Echtzeit-Verarbeitung der Schallsignale.
• Einarbeitung in die Implementierung des ANC-Algorithmus
  Implementierung eines Algorithmus zur Schallminderung basierend auf Phaseninversion. Der Algorithmus wird auf dem DSP-Board realisiert und sorgt für die Erzeugung eines Gegenschalls, der die Störungen durch den MRT-Lärm neutralisiert.
• Aufbau und Test des ANC-Systems
  Integration der ausgewählten Komponenten in ein funktionales ANC-System. Durchführung von Tests im Kontrollraum, um die Effektivität der Lärmminderung zu überprüfen und mögliche Verbesserungen vorzunehmen.
• Auswertung und Interpretation der Ergebnisse
  Analyse der Messdaten zur Lärmminderung und Vergleich mit den Original-Lärmsignalen. Interpretation der Ergebnisse hinsichtlich der Effektivität des ANC-Systems und der erreichbaren Lärmreduktion.

Kontakt: Swantje Romig