Bachelor- oder Projektarbeit

Thema:Entwurf und Konstruktion eines Bombenkalorimeters zur Heizwertbestimmung von flüssigen Kraftstoffen

Beschreibung:
Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Bombenkalorimeter entworfen und konstruiert werden, das zur Bestimmung des Heizwerts flüssiger Kraftstoffe dient. Ziel ist es, ein robustes, kosteneffizientes und experimentell nutzbares Gerät zu entwickeln, das grundlegende kalorimetrische Prinzipien erfüllt und sich für den Einsatz im Labor eignet.

Aufgabenstellung:

• Einarbeitung in die Grundlagen der Kalorimetrie und Heizwertbestimmung
• Analyse bestehender Bombenkalorimeter und Ableitung relevanter Konstruktionskriterien
• Entwurf (CAD) und Auslegung eines eigenen Kalorimeters
• Auswahl geeigneter Materialien und Sensorik
• Erstellung eines Versuchs- und Messkonzepts
• Bau eines Prototyps und erste Testmessungen

Voraussetzungen:

Interesse an experimenteller Arbeit und Konstruktion

Grundkenntnisse in Thermodynamik sowie CAD-Konstruktion wünschenswert

Betreuung:
M. Sc. Sebastian Mayer

44-571

sebastian.mayer@mv.rptu.de 

Zeitraum:
Ab sofort oder nach Absprache

Ausschreibung Bachelor-/Studien-/Projekt-/Master-/Diplomarbeit
CFD-Simulation des Spülvorgangs einer passiv gespülten Vorkammerzündkerze in einem H₂-Verbrennungsmotor
 

Die Entwicklung emissionsarmer und gleichzeitig effizienter Antriebskonzepte ist ein zentrales Ziel der aktuellen Motorenforschung. Wasserstoff (H₂) als Kraftstoff bietet dabei das Potenzial zu nahezu CO₂-freiem Betrieb – gleichzeitig stellen sich jedoch neue Herausforderungen in Bezug auf Verbrennungsstabilität, Klopffestigkeit sowie insbesondere die Bildung von Stickoxiden (NOₓ). 

Ein vielversprechender Ansatz zur NOₓ-Reduktion und weiteren Abmagerung bei gleichzeitiger Erhaltung der Zündstabilität ist der Einsatz passiv gespülter Vorkammerzündsysteme. Durch den Einsatz einer solchen Vorkammerzündkerze kann eine stabile Zündung auch bei sehr magerem Gemisch ermöglicht werden. Die Effektivität des Systems hängt jedoch wesentlich von der gezielten Spülung der Vorkammer während des Ladungswechsels ab.

Am Lehrstuhl für Antriebe in der Fahrzeugtechnik (LAF) liegt bereits ein CAD-Modell einer Vorkammerzündkerze sowie ein CAD-Modell eines wasserstoffbetriebenen Brennraums mit realistischen Randbedingungen vor.

Im Rahmen einer studentischen Arbeit sollen folgende Teilaufgaben bearbeitet werden:

• Einbindung einer Vorkammerzündkerzengeometrie in ein bestehendes CAD-Modell eines Brennraums
• Vorbereitung und Durchführung einer 3D-CFD-Simulation zur Analyse des Spülvorgangs in der Vorkammer während des Ladungswechsels
• Untersuchung des Einflusses verschiedener Betriebsbedingungen (z. B. Drehzahl, Druckniveau, Luftverhältnis) auf die Spüleffizienz
• Analyse der Verdrängung von Restgasen, Frischgaseintrag und lokaler Luftverhältnisse innerhalb der Vorkammer
• Gegebenenfalls Ableitung von Optimierungspotenzialen zur Sicherstellung eines zündfähigen Gemischs bei minimaler NOₓ-Bildung
• Umfang und Dauer der Aufgabe werden nach Art der angestrebten Arbeit und Qualifikation gemeinsam mit dem Bewerber festgelegt.

Voraussetzungen:

• Studium der Fachrichtungen Maschinenbau, Verfahrenstechnik, Mechatronik oder Physik
• hohe Selbstständigkeit und Eigenmotivation
• Interesse an wissenschaftlicher Arbeitsweise und fahrzeugtechnischen Fragestellungen
• Grundlegendes Wissen zu Verbrennungsprozessen
• Erste Kenntnisse in CFD-Simulation von Vorteil
• Gute Deutsch- und Englischkenntnisse

Bewerbungen oder Fragen an:
M. Sc. Anton Elfner
Raum: 44-566
anton.elfner(at)mv.rptu.de

M. Sc. Sebastian Mayer
Raum: 44-561
sebastian.mayer(at)mv.rptu.de

Ausschreibung Bachelor-/Studien-/Projektarbeit

Literaturrecherche zur On-Board-Wasserrückgewinnung aus Verbrennungsabgasen

Eines der Hauptziele in der Entwicklung zukunftsfähiger Antriebssysteme ist die Reduktion der emittierten Schadstoffe. Neben der Nutzung alternativer, nachhaltiger Kraftstoffe wie HVO oder Wasserstoff können auch von der Art des Kraftstoffs unabhängige Ansätze zur Anwendung kommen. Zur Reduktion der Stickoxidemissionen können Verbrennungsmotoren um eine sog. Wassereinspritzung ergänzt werden. Die Einbringung des Wassers kann dabei im Saugrohr oder auch direkt im Zylinder erfolgen. 

Am Lehrstuhl für Antriebe in der Fahrzeugtechnik wurde bereits ein solches System, sowohl für Wasserstoff als auch für HVO bzw. Dieselkraftstoff (EN 590), experimentell am Motorenprüfstand untersucht.

Damit im Fahrzeugkonzept auf das Vorhandensein eines weiteren Tanksystems verzichtet werden kann, besteht die Möglichkeit einer Rückgewinnung von Wasser aus den Verbrennungsabgasen. Hierzu existieren verschiedene Lösungsansätze, die im Rahmen einer Literaturrecherche ermittelt und miteinander verglichen werden sollen. Die dabei erarbeiteten Erkenntnisse stellen die Grundlage für die Auslegung eines lehrstuhleigenen Wasserrückgewinnungssystems für Wasserstoffverbrennungsmotoren dar.

Umfang und Dauer der Aufgabe werden nach Art der angestrebten Arbeit und Qualifikation gemeinsam mit dem Bewerber festgelegt.

Voraussetzungen:

• Studium der Fachrichtungen Maschinenbau, Verfahrenstechnik, Mechatronik oder (Techno-) Physik
• hohe Selbstständigkeit und Eigenmotivation
• Interesse an wissenschaftlicher Arbeitsweise und fahrzeugtechnischen Fragestellungen
• Grundlegendes Wissen zu Verbrennungsprozessen
• Gute Deutsch- und Englischkenntnisse

Bewerbungen oder Fragen an:

Literaturrecherche: Carbon Capture durch Adsorption

Fokus: Degradation, Alterungsverhalten, Vergiftung und offene Forschungsfragen

Beschreibung:
Die Abscheidung von Kohlendioxid aus industriellen und energietechnischen Prozess- / Abgasen stellt einen zentralen Baustein für die Reduktion prozessbedingter Treibhausgasemissionen dar. Adsorptive Carbon-Capture-Verfahren stellen hierbei eine vielversprechende Technologie dar, da sie prinzipiell einen energieeffizienten und modularen Betrieb ermöglichen. Für eine technische und wirtschaftliche Umsetzung ist jedoch nicht nur die initiale Abscheideleistung relevant, sondern insbesondere auch die Langzeitstabilität der eingesetzten Adsorbentien unter realen Betriebsbedingungen.

Im Rahmen dieser studentischen Arbeit soll daher eine systematische Literaturrecherche zum Stand der Forschung über Alterungs-, Degradations- und Vergiftungsmechanismen von Adsorbentien für Carbon-Capture-Anwendungen durchgeführt werden. Der Schwerpunkt liegt auf der Analyse, welche physikalischen und chemischen Mechanismen zur Abnahme der CO₂-Aufnahmekapazität, Selektivität und Zyklusstabilität führen und welche offenen Forschungsfragen sich daraus ergeben.

Inhalt der Arbeit:

Im Rahmen der Arbeit sollen insbesondere folgende Fragestellungen bearbeitet werden:

• Welche Adsorbensklassen werden derzeit für die CO₂-Abscheidung untersucht und eingesetzt?
• Welche physikalischen und chemischen Mechanismen führen zu einer Abnahme von CO₂-Aufnahmekapazität, Selektivität und Zyklusstabilität?
• Welche Auswirkungen haben Betriebsparameter und Abgasbestandteile wie Temperatur, Feuchtigkeit, Sauerstoff, SOₓ, NOₓ, NH₃, flüchtige organische Komponenten und Partikel auf die Materialstabilität?
• Welche Mechanismen der reversiblen und irreversiblen Vergiftung aktiver Zentren sind bekannt?
• Welche Methoden und Kenngrößen werden zur Bewertung von Alterung, Regenerierbarkeit und Langzeitverhalten verwendet?
• Welche offenen Forschungsfragen bestehen im Hinblick auf realitätsnahe bzw. industrielle Einsatzbedingungen?

Voraussetzungen:

• Interesse an den Themen Carbon Capture, Adsorption und Materialverhalten
• selbstständige, strukturierte und wissenschaftliche Arbeitsweise
• Bereitschaft zur Einarbeitung in deutsch- und englischsprachige Fachliteratur
• gute Kenntnisse im wissenschaftlichen Schreiben sind von Vorteil

Betreuung:
Niklas Prchal, M. Sc.
niklas.prchal@mv.rptu.de 

Zeitraum:
Ab sofort