Studentische Arbeiten

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

In Zusammenarbeit mit Forschern der University of Canterbury forschen wir an den strömungsphysikalischen Eigenschaften von poröse Medien, wie beispielsweise Schwämme, 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

Beim Entwurf von medizinischen Implantaten kommen numerische Simulationen zum Einsatz. Um diese Vorhersagemethoden zu validieren, werden experimentelle Daten benötigt. Ein relativ neuer Ansatz zur Bereitstellung dieser Daten ist die MRV.

Das ausgeschriebene Thema umfasst unter anderem:

• Eine umfangreiche Literaturrecherche zu den Eigenschaften von Blut und der Herstellung von Blutersatzflüssigkeiten sowie zur Messtechnik
• MRV Messungen an einem bekannten Benchmark der U.S. Food and Drug Administration (FDA)
• Auswertung und Vergleich der Messergebnisse mit bereits vorhandenen Datensätzen

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.

Bei der Behandlung von intrakraniellen Aneurysmen kommen Flow Diverter zum Einsatz. Um die hämodynamischen Vorgänge besser verstehen zu können, werden in-vitro Untersuchungen mittels MRV-Messtechnik durchgeführt.

Das ausgeschriebene Thema umfasst unter anderem:

• Eine umfangreiche Literaturrecherche zu Aneurysmen und deren Behandlungsmethoden (insbesondere Flow Diverter), zu der Messtechnik und aktueller Forschung
• Fertigstellung einer Flechtmaschine und Herstellung von verschiedenen Flow Divertern
• Ggfls. MRV Messungen am Aneurysma mit den hergestellten Flow Divertern

Für die Optimierung der Effizienz von Gasturbinen ist insbesondere die Kühlung der Turbinenschaufeln bedeutend. Für die Visualisierung der Innenkühlungsströme wird die Messtechnik MRV angewandt.

Das ausgeschriebene Thema umfasst unter anderem:

• Eine umfangreiche Literaturrecherche zu Gasturbinen, Kühlstrategien von Turbinenschaufeln und aktueller Forschung
• Auswertung der experimentellen Daten einer MRV Messung einer Turbinenschaufelinnenkühlung
• Ggfls. Vergleich mit CFD Simulationen unter Anwendung automatisierter „data matching“-Prozesse

Hinweis:
Dieses Thema beinhaltet den Umgang mit proprietären Daten und wird folglich mit einem Sperrvermerk versehen.

Die CFD-Validierung einer Zweiphasenströmung benötigt detaillierte Messdaten über die Geschwindigkeit und Turbulenz der kontinuierlichen Phase, sowie die Verteilung der dispersen Phase. Mittels MRV können alle Messgrößen erfasst werden ohne dabei die Strömung zu beeinflussen (nicht intrusiv).

Das ausgeschriebene Thema umfasst unter anderem:

• Eine umfangreiche Literaturrecherche zu Zweiphasenströmungen und zugehörige CFD-Benchmarks
• Konzeption und Konstruktion des Prüfstands
• Ggfls. Aufbau, Inbetriebnahme und MRV Messung

Um eine Aussage zu machen zur Qualität der MRV daten soll ein direkter Vergleich mit LDA-daten, die als Ground Truth benutzt werden, gemacht werden. Dabei soll das mittlere Geschwindigkeitsfeld sowie die Reynold'schen Spannungen ermittelt werden.

Das ausgeschriebene Thema umfasst unter anderem:

• Eine umfangreiche Literaturrecherche zu LDA und Turbulenzmessungen
• Konzeption und Planung der Messkampagne
• Durchführung der Messkampagne
• Auswertung

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

Mithilfe der medizinischen Bildgebung können berührungslos Geometriedaten von Blutgefäßen unterschiedlicher pathologischer Anomalien gewonnen werden. Zur Identifikation der optimalen Behandlungsmethode oder der Auswahl des optimalen Implantats können im Voraus numerische Simulationen oder experimentelle Versuche an diesen Geometrien durchgeführt werden. Mithilfe der Analyse der ermittelten Strömungsvorgänge innerhalb der Gefäße können biomedizinische Vorgänge analysiert und vorhergesagt werden.
Konkret soll ein bereits bestehendes Modell eines Aneurysmas durchströmt und mittels der MRT-Technik strömungsmechanisch untersucht werden (MRV – magnetic resonance velocimetry). Außerdem sollen verschiedene generische Implantate konstruiert und deren Einfluss auf die Strömungsvorgänge innerhalb des Aneurysmas analysiert werden.
Studentische Arbeiten zu diesem Thema befassen sich mit der Recherche zu den Zusammenhängen von Strömungseffekten und den biomedizinischen Vorgängen in vaskulären Gefäßstrukturen, der Konstruktion generischer Implantate und der Durchführung und Analyse von MRV Messungen sowie dem Vergleich der Auswirkungen der verschiedenen Implantate.

Die studentische Arbeit befasst sich mit der Gewinnung der Geometriedaten aus Patientendaten, der Weiterverarbeitung der Daten in einem CAD Programm. Anschließend kann per Rapid Prototyping ein reales vergrößertes Modell hergestellt werden, welches mit im MRI Flow Lab gemessen und analysiert wird. Alternativ kann statt der Experimente eine strömungsmechanische Simulation in der erhaltenen Geometrie mit anschließender Analyse durchgeführt werden.

Aufgabenbereiche:

• Konvertierung medizinischer Bilddaten in CAD Daten mithilfe einer Open-Source Software
• Bearbeitung des CAD Modelles zur Vorbereitung von Computersimulationen
• Bearbeitung des CAD Modelles zur Herstellung eines vergrößerten Modells
• Simulationen oder MRT Messungen, je nach Wunsch

Hochpräzise Kraftmessungen durchführen zu können, gehört zu den Kernkompetenzen eines Wasserschleppkanals. Moderne Fragestellungen und präzisere Entwicklungsverfahren in der Aerodynamik und Hydrodynamik erfordern zusätzlich die Möglichkeit, instationäre Strömungseffekte untersuchen zu können. Dazu müssen u.a. zeitabhängige Kräfte gemessen werden können.

• Konstruktion des Versuchsaufbaus
• Selbstständige Durchführung von Versuchen mit einzelnen fluidischen Oszillatoren und dem fertigen Ruder
• Messung mit piezoelektrischen Kraftsensoren und Drucksensoren
• Programmierung der Versuchsauswertung

• Aufbau und Inbetriebnahme der Messtrecke
• Aufnahme der Pumpenkennlinien für Wasser und Glyzerin
• Auswertung von MRV-Geschwindigkeitsdaten aus der leeren Messstrecke
• Auswertung von MRV-Geschwindigkeitsdaten aus einem skalierten Stentmodell
• Vergleich mit vorhandenen numerischen und experimentellen Daten