Kontakt

Prof. Dr.-Ing. habil. Sven Grundmann

Oskar-Kellner-Institut (OKI) / Raum 115
Justus-von-Liebig-Weg 2
18059 Rostock

Fon  +49 (0) 381 498 - 9310
Fax  +49 (0) 381 498 - 9312
sven.grundmannuni-rostockde


Studentische Arbeiten

01.04.2022

Hinweise zum Lehrbetrieb

Der Lehrbetrieb im Sommersemester 2022 wird weitgehend in Präsenz durchgeführt.

Die Universität Rostock versteht sich als Präsenzuniversität und strebt daher die Rückkehr zur Präsenzlehre im Sommersemester 2022 so weit wie möglich an. Gemäß Hochschul-Corona-Verordnung M-V sind jedoch weiterhin einige Einschränkungen zum Gesundheitsschutz notwendig.

Für weitere Informationen nutzen Sie bitte das Studierendenportal (Corona-Infos für Studierende).
Bitte prüfen Sie auch regelmäßig den Posteingang Ihrer Universitäts-Mailadresse.

Informationen zu

Bachelorarbeit

Im Sommer- und Wintersemester

(ab 6. Semester B.Sc.)

Lern- und Qualifikationsziele (Kompetenzen)

Die Studierenden weisen nach, dass sie fähig sind, innerhalb einer vorgegebenen Frist eine bestimmte Aufgabe unter Anleitung selbständig und erfolgreich zu bearbeiten und wissenschaftlich begründet theoretische und praktische Kenntnisse zur Lösung eines Problems beizutragen.

Lehrinhalt

Die Aufgabenstellung kann sowohl praktischer als auch theoretischer Natur sein. Sie soll dem fortgeschrittenen Wissensstand in der Fachdisziplin entsprechen und in der Regel die im Berufsleben auftretenden Problemstellungen behandeln. Die Abschlussprüfung besteht aus der schriftlichen Bachelorarbeit, die gegebenenfalls auch Hardware- und/oder Software-Komponenten sowie experimentelle Aufgaben enthält, und dem Kolloquium.

Zuordnung zu Curricula

  • Bachelor Maschinenbau, Pflichtmodul im 6. Semester

Empfohlene Teilnahmevoraussetzung

Kenntnisse entsprechend der Module:

  • Grundlagen der Strömungsmechanik
  • Aerodynamik und Hydrodynamik (Strömungsphysik)
  • Angewandte Strömungssimulation (Strömungstechnechnische Entwurfs- und Simulationsverfahren)

Dauer, Termin und Prüfungsleistung sowie Arbeitsaufwand für Studierende

Dauer ein Semester  
Termin jedes Semester  
Prüfungsvorleistung keine  
1. Prüfungsleistung Abschlussarbeit 16 Wochen
2. Prüfungsleistung Kolloquium:
• Vortrag
• Diskussion

20 Minuten
30 Minuten
     
Gesamtarbeitsaufwand 450 Stunden 15 Leistungspunkte
davon    
Konsultationen 0,5 Semesterwochenstunden  
Abschlussarbeit 16 Wochen  
Studienarbeit (M.Sc.)

Im Sommer- und Wintersemester

(3. Semester M.Sc.)

Lern- und Qualifikationsziele (Kompetenzen)

Die Studierenden weisen nach, dass sie fähig sind, innerhalb einer vorgegebenen Frist eine bestimmte Aufgabe unter Anleitung selbständig und erfolgreich zu bearbeiten und wissenschaftlich begründet theoretische und praktische Kenntnisse zur Lösung eines Problems beitragen können.

Lehrinhalt

Die Studierenden erwerben in einer ersten umfangreichen wissenschaftlichen Arbeit die Kompetenz, eine in sich geschlossene, ggf. auch fachgebietsübergreifende ingenieurwissenschaftliche Aufgabe unter Anleitung selbständig zu bearbeiten. Die Studierenden weisen nach, dass sie befähigt sind, die Aufgabenstellung, den Lösungsweg sowie die Ergebnisse ihrer Arbeit entsprechend geltender Standards und unter Verwendung des jeweiligen Fachvokabulars in hoher Qualität darzustellen, fachwissenschaftlich einzuordnen und kritisch zu reflektieren.

Zuordnung zu Curricula

  • Master Maschinenbau

Empfohlene Teilnahmevoraussetzung

Kenntnisse entsprechend der Module:

  • Grundlagen der Strömungsmechanik
  • Aerodynamik und Hydrodynamik (Strömungsphysik)
  • Angewandte Strömungssimulation (Strömungstechnechnische Entwurfs- und Simulationsverfahren)
  • Numerische Strömungsmeachnik (Numersiche Fluidmechanik)
  • Experimentelle Strömungsmechanik
  • Nichtnewtonsche Fluidmechanik

Dauer, Termin und Prüfungsleistung sowie Arbeitsaufwand für Studierende

Dauer ein Semester  
Termin jedes Semester  
Prüfungsvorleistung keine  
1. Prüfungsleistung Bericht/Dokumentation 450 Stunden
2. Prüfungsleistung Präsentation 15 Minuten
     
Gesamtarbeitsaufwand 540 Stunden 18 Leistungspunkte
davon    
Konsultationen 0,5 Semesterwochenstunden  
Bericht/Dokumentation 450 Stunden  
Masterarbeit

Im Sommer- und Wintersemester

(ab 4. Semester M.Sc.)

Lern- und Qualifikationsziele (Kompetenzen)

Die Studierenden weisen nach, dass sie fähig sind, innerhalb einer vorgegebenen Frist eine bestimmte Aufgabe unter Anleitung selbständig und erfolgreich zu bearbeiten und wissenschaftlich begründet theoretische und praktische Kenntnisse zur Lösung eines Problems beitragen können.

Lehrinhalt

Die Aufgabenstellung kann sowohl praktischer als auch theoretischer Natur sein. Sie soll dem fortgeschrittenen Wissensstand in der Fachdisziplin entsprechen und in der Regel die im Berufsleben auftretenden Problemstellungen behandeln. Die Master-Arbeit besteht aus der schriftlichen Arbeit (die gegebenenfalls auch Hardware- und/oder Software-Komponenten sowie experimentelle Aufgaben enthält) und dem Kolloquium.

Zuordnung zu Curricula

  • Master Maschinenbau

Empfohlene Teilnahmevoraussetzung

Kenntnisse entsprechend der Module:

  • Grundlagen der Strömungsmechanik
  • Aerodynamik und Hydrodynamik (Strömungsphysik)
  • Angewandte Strömungssimulation (Strömungstechnechnische Entwurfs- und Simulationsverfahren)
  • Numerische Strömungsmeachnik (Numersiche Fluidmechanik)
  • Experimentelle Strömungsmechanik
  • Nichtnewtonsche Fluidmechanik

Dauer, Termin und Prüfungsleistung sowie Arbeitsaufwand für Studierende

Dauer ein Semester  
Termin jedes Semester  
Prüfungsvorleistung keine  
1. Prüfungsleistung Abschlussarbeit 750 Stunden
2. Prüfungsleistung Kolloquium:
• Präsentation
• Disputation

20 Minuten
20 Minuten
     
Gesamtarbeitsaufwand 900 Stunden 30 Leistungspunkte
davon    
Konsultationen 0,5 Semesterwochenstunden  
Abschlussarbeit 750 Stunden  

Themen

Wir haben immer diverse Aufgaben für Ihre studentischen Arbeiten im Rahmen unserer Forschungsaktivitäten anzubieten. Nicht alle denkbaren Aufgabenstellungen sind konkret ausformuliert. Wenn Sie Interesse haben, sprechen Sie uns an und wir finden für Ihre persönlichen Interessen einen Aufgabenbereich für Sie. Sprechen Sie uns einfach an.

Für Ihre studentische Arbeiten bieten wir Ihnen beispielsweise folgende Themen zur Bearbeitung an:

Kühlkonzepten für die nächste Generation konventioneller und elektrischer Antriebe

Themenvorschlag Bachelor-, Studien- oder Masterarbeit

MRT-Messung einer Kühlströmung
MRT-Messung einer Kühlströmung

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

 

Strömung durch permeable Strukturen

Themenvorschlag Bachelor-, Studien- oder Masterarbeit

MRT-Messungen einer Strömung durch einen Schwamm
MRT-Messungen einer Strömung durch einen Schwamm

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

Messungen in blutähnlichen Strömungen

Themenvorschlag Bachelorarbeit

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 Reaktorsicherheit

Themenvorschlag Bachelor-, Studien- oder Masterarbeit

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.

Aneurysmaforschung – Herstellung von Implantaten

Themenvorschlag Bachelor- oder Studienarbeit

Oben: Flechtmaschine und geflochtener Flow Diverter, Unten: Aneurysma mit Stromlinien, MRV-Messung
Oben: Flechtmaschine und geflochtener Flow Diverter, Unten: Aneurysma mit Stromlinien, MRV-Messung

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

Strömungen in Gasturbinenkomponenten

Themenvorschlag Bachelor-, Studien- oder Masterarbeit

Prüfstand mit Modell einer Turbinenschaufel sowie Strömungsergebnis
Prüfstand mit Modell einer Turbinenschaufel sowie Strömungsergebnis

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.

Prüfstand zur Untersuchung von gasbeladenen Strömungen

Themenvorschlag Bachelor-, Studien- oder Masterarbeit

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

LDA-Messung einer Turbulenten Rohrströmung

Themenvorschlag Bachelor- oder Studienarbeit

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

Numerische Strömungssimulation eines Mikro-Dialysators für die Blutanalytik

Themenvorschlag Bachelor- oder Studienarbeit

Links: Dialysezelle für die humanmedizinische Anwendung, rechts Mikro-Dialysezelle für die Analyse
Links: Dialysezelle für die humanmedizinische Anwendung, rechts Mikro-Dialysezelle für die Analyse

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

Strömungsvisualisierung an patientenspezifischen, vaskulären Geometrien

Darstellung eines CAD-Modells eines patientenspezifischen Aneurysmas mit Implantat
Darstellung eines CAD-Modells eines patientenspezifischen Aneurysmas mit Implantat

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.

 

Von medizinischen Bilddaten zur Strömungsvisualisierung

Modell eines Blutgefäßes (Daten: PD Dr. med. André Kemmling)
Modell eines Blutgefäßes (Daten: PD Dr. med. André Kemmling)

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
Weitere Informationen

Mithilfe der medizinischen Bildgebung können berührungslos Geometriedaten von Blutgefäßen unterschiedlicher pathologischer Anomalien gewonnen werden. Neben der visuellen Bewertung durch den Arzt kann die aus den Bilddaten auch ein Computermodell des Gefäßes gewonnen werden, welches im Anschluss für experimentelle oder numerische Untersuchungen verwendet werden kann.

Im neuen MRI Flow Lab des Lehrstuhles Strömungsmechanik werden in-vitro Untersuchungsmethoden für Blutströmungen entwickelt. Dabei werden Strömungen durch stark vergrößerte Modelle von Blutgefäßen mit Pathologien mit einem Kernspintomographen vermessen. Dafür ist die Verwendung eines speziellen Fluides nötig, um trotz der Vergrößerung dieselbe Strömung zu erhalten.

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.

Zu verwendende Software:

  • 3DSlicer für die Konvertierung medizinischer Bilddaten in CAD Daten
  • PTC Creo als CAD Programm
  • ggf. Ansys CFX zur Strömungssimulation

Experimente geschehen in enger Zusammenarbeit mit dem MRI Team des Lehrstuhles.

Kontakt: Dr. M . Brede

Instationäre Aerodynamik in einem Wasserschleppkanal

Tragflügelprofil im Schleppkanal
Tragflügelprofil im Schleppkanal

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.

Flow Control mit fluidischen Oszillatoren an einem Schiffsrudermodell zur Auftriebssteigerung

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

Inbetriebnahme und Evaluation einer Messtrecke zur Reynoldsähnlichen Durchströmung vergrößerter Stentmodelle

Stiehm, M.; Brede, M.; Quosdorf, D.; Leder, A. (2013): On the creation of wall shear stress by helical flow structures in stented coronary vessels. BioNanoMaterials 14, pp. 109–115, doi: 10.1515/bnm-2013-0003
Stiehm, M.; Brede, M.; Quosdorf, D.; Leder, A. (2013): On the creation of wall shear stress by helical flow structures in stented coronary vessels. BioNanoMaterials 14, pp. 109–115, doi: 10.1515/bnm-2013-0003
  • 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