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Studentische Arbeiten

Die Mitarbeiter des Ludwig-Franzius-Instituts suchen fortlaufend Studenten für die Bearbeitung von Studien- und Abschlussarbeiten. Hierbei decken die Themen meist das gesamte Spektrum an Forschungsbereichen innerhalb der derzeit von den Mitarbeitern behandelten Projekte ab. Ideen zu eigenen Themen und konkreten Aufgabenstellungen sind ebenfalls herzlich willkommen.

Aufgrund der ständig wechselnden Themenvorschäge und Aufgabenstellungen durch die Betreuer erfolgt an dieser Stelle nur die Auflistung einer Auswahl von Einzelthemen für studentische Arbeiten.

Bei Interesse zu weiteren Themen, meldet Euch bitte per Email bei Mareike Taphorn, M.Sc. Zu konkreten Forschungsbereichen können natürlich auch die jeweiligen bearbeitenden wissenschaftlichen Mitarbeiter des Instituts angesprochen werden.

Abkürzungen:

  • Projektarbeit (PA)
  • Seminararbeit (SA)
  • Bachelorarbeit (BA)
  • Masterarbeit (MA)

Themenvorschläge

Verankerungssysteme von Offshore-Strukturen [BA, SA, MA]

Schwimmende Offshore-Strukturen spielen nicht nur im Rahmen von schwimmenden Windenergieanlagen zur Erschließung von Bereichen mit großer Wassertiefe eine Rolle, sondern sind auch für andere erneuerbare Energieformen wie beispielsweise die Wellenenergie relevant. Alle schwimmenden Strukturen eint die Notwendigkeit eines sicheren Verankerungssystems, welches das Abdriften der Struktur durch Wellen- und Strömungsbelastung einschränkt.

Im Folgenden ist eine kurze Übersicht über einige Beispielthemen gegeben, bei Interesse an einem dieser Themen oder dem generellen Thema „Verankerungssysteme von Offshore-Strukturen“ wendet euch bitte an Jannik Meyer.


Durchführung und Auswertung von Modellversuchen im 3D-Wellenbecken zur Entwicklung des Verankerungssystems für ein neuartiges Wellenkraftwerk

Im Frühjahr/Sommer 2019 werden Modellversuche durchgeführt, um ein optimiertes Verankerungssystem für ein Wellenkraftwerk zu entwerfen. Die Bewegungen der Struktur werden mittels eines infrarotbasierten Motion-Tracking-Systems ermittelt. Zusätzlich dazu werden die Belastungen auf die Verankerungsleinen und die Ankerkräfte mittels Kraftsensoren aufgenommen.

Im Rahmen einer Bachelor- oder Seminararbeit soll der/die Studierende die Durchführung der Modellversuche unterstützen und die die aufgenommenen Messdaten anschließend unter Anleitung auswerten.


Numerische Modellierung eines schwimmenden Wellenkraftwerks

Physikalische Versuche bieten eine gute Möglichkeit, Modelle zu untersuchen und Rückschlüsse auf das Verhalten eines Prototyps zu ziehen. Aufgrund des großen Zeitaufwands für die Modellkonfiguration und –aufbau sind sie jedoch unflexibel hinsichtlich der Änderung von Modellparametern. Ebenso können in vielen Fällen aufgrund des hohen Zeitaufwandes und technischer Grenzen nicht alle Lastkombinationen aus Wellen und Strömung untersucht werden. Zur Schließung dieser Lücken in der Versuchsmatrix können numerische Modelle verwendet werden. Wichtig bei der Anwendung solcher Modelle ist, dass die Ergebnisse aus der Numerik zunächst mit den Ergebnissen aus dem Modellversuch verglichen werden und das numerische Modell so validiert wird.

Im Rahmen einer Bachelor-, Seminar- oder Masterarbeit soll der/die Studierende das numerische Modell OrcaFlex zunächst anhand der gegebenen Messdaten validieren und anschließend weitere Lastkombinationen untersuchen, um die Ergebnisse der Modellversuche zu ergänzen und zu erweitern.


Numerische Modellierung einer verankerten, schwimmenden Box

Vor der Anwendung eines numerischen Modells zur Simulation einer komplexen Struktur, wie z.B. eines Wellenkraftwerks, sollte das Modell zunächst für Strukturen mit einfachen Geometrien (Box, Zylinder, etc.) validiert sein.  In physikalischen Modellversuchen wurde ein sog. Benchmark-Datensatz erstellt, der zur Validierung numerischer Modelle verwendet werden kann.

Im Rahmen einer Bachelor- oder Seminararbeit soll der/die Studierende ein numerisches Modell (z.B. Ansys Aqwa, REEF3D, DualSPHysics, etc.) anwenden und die Genauigkeit des Modells untersuchen.

Testing artificial seagrass in the wave flume [SA, MA]

Auch auf Deutsch möglich


Within the framework of the SeaArt Project (See post below "Vegetation & Coastal Dynamics") we are testing artificial seagrass (ASG) in our wave flume. The experiments cover three different seagrass meadow lengths, whereby different wave conditions are to be loaded and the hydrodynamic conditions in front and behind the ASG meadows are to be measured. The objective is to analyze the effects of ASG on wave propagation and orbital velocities within the water column depending on the meadow characteristics. 

Contact Person: Raúl Villanueva

Vegetation & coastal dynamics: Its role on coastal protection and disaster risk reduction (PA, BA, SA, MA)

AUCH AUF DEUTSCH ANSPRECHBAR

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Within the Framework of the project SeaArt: Long-term establishment of seagrass ecosystems through artificial biodegradable meadows, the restoration of seagrass, specifically Zostera Marina, is set as an objective through the use of artificial elements. Therefore, a good understanding of the interactions between hydrodynamics and vegetation is needed, bringing forth questions suitable for studies ranging from physical experiments to numerical modelling. 

Aquatic vegetation falls within the ecosystem-based solutions for disaster risk reduction (Eco-DRR); a hot topic in worldwide climatic and environmental discussions. Research must run parallel to emphasize the importance of this valuable resource, both for the environment, as for us given their vast ecosystem services. 

For detailed information about possible topics, click here. If you are interested in any of these topics or if any extra ideas come to mind, feel free contact me per email in order to fix an appointment.

Contact person: Raúl Villanueva, M.Sc. 

 

 

Untersuchung der Vegetationsentwicklung und der Widerstandskraft von ökologischen Deckwerken unter Wellenbelastung (PA, BA, SA)

Im Rahmen des Forschungsprojekts EcoDike soll der ökosystemare Wert von Deichen verbessert werden. Das Ludwig-Franzius-Institut übernimmt dabei die Entwicklung innovativer Monitoringtechniken mittels großskaliger Modellversuche.

In der Arbeit soll eine Literaturrecherche zu bisherigen Modellversuchen mit echten Grasdeckwerken durchgeführt werden. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen soll die notwendige Messtechnik zur Beurteilung der Vegetationsentwicklung und der Widerstandskraft von ökologischen Deckwerken entwickelt werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit werden idealerweise in den anstehenden großskaligen Modellversuchen umgesetzt. Deren Durchführung und Auswertung bieten Möglichkeiten für aufbauende Bachelor- oder Masterarbeiten.

Ansprechpartner: Jochen Michalzik (M. Sc.)

Kolkentwicklung und Kolkschutz

Bei generellen Interesse an den Themen Kolk, Kolkschutz oder Kolkentwicklung für eine studentische Arbeit bitte bei Dipl.-Ing. Alexander Schendel melden. Dieses Themengebiet bietet aktuell diverse Möglichkeiten einer studentischen Arbeit, auch über die unten genannten Themen hinaus.

Physikalische Modellversuche zur Filterstabilität von granularen Kolkschutz (BA,MA)

Im Rahmen eines Industrieprojektes sollen physikalische Modellversuche in der Umlaufrinne des Ludwig-Franzius-Instituts zur Filterstabilität von granularen Kolkschutz unter Strömungsbelastung durchgeführt werden. Die Ziele der Modellversuche umfassen die Ermittlung von kritischen Strömungsgeschwindigkeiten, bei denen es zu einem Ausspülen von Sand durch den Kolkschutz kommt und die Bestimmung von maximalen Einsinktiefen des Kolkschutzes in den Sandboden als Folge der Ausspülung. Als maßgebliche Einflussgrößen für das Ausspülen werden in den Modellversuchen neben der Strömungsgeschwindigkeit auch die Steingrößen und die Schichtdicke des granularen Kolkschutzes variiert. Während die Einsinktiefen mittels eines Laser-Distanz-Sensor ermittelt und räumlich(3D) dargestellt werden sollen, wird der Beginn des Ausspülens über ein Kamerasystem im inneren des verwendeten Plexiglas-Pfahls erfasst. 

Im Rahmen einer Bachelor- oder Masterarbeit sollen die Modellversuche von dem Studenten / der Studentin unter Anleitung durchgeführt und ausgewertert werden.  

Ab Frühjahr 2019.

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Alexander Schendel

The prediction of beach evolution induced by waves in the shoaling, surf and swash zones is a key component to understand the reaction of coastal areas under different wave climate, particularly in storm conditions. To this end, extensive numerical research combined with experimental measurements has been performed. However, due to the complexities of wave modelling as well as wave-sediment interactions, up to date the natural hydrodynamic and morphodynamic processes could not be predicted precisely by the existing models.

To improve the understanding of influencing mechanisms, and hence increase the accuracy of available numerical models, sediment transport experiments were performed in the Large Wave Flume (Großer Wellenkanal, GWK) (Fig. 1) within the project “WISE” (Vousdoukas et al., 2014). The numerical simulation of these experiments focusing on the evolution of the beach profile is the main objective of the thesis. This includes a comparative literature review on the open source software tools XBeach (https://oss.deltares.nl/web/xbeach/) and Delft 3D (https://oss.deltares.nl/web/delft3d) and the simulation of the beach profile evolution under the different wave conditions applied in the WISE project with both numerical models. Since XBeach and Delft 3D apply different calibrating parameters and simulating approaches, a sensitivity analysis of these parameters with regard to wave behaviour in different cross-shore areas, sediment transport formulas as well as sediment structure (i.e. grain-size distribution) will be the core of this study. Finally, by comparison of the simulation results with the measurements from WISE, the appropriate calibration parameters and innovative simulation approaches for beach profile simulation will be recommended.

Please contact: Franziska Staudt (staudt@fzk.uni-hannover.de)

Simulating nourishment scenario's for Westerland (Sylt) (SA)

Numerical models can give additional insight in possible future scenario's. In this work, a calibrated morphodynamic Delft3D model of Westerland is further developed and different scenarios of beach nourishment are simulated. The student will be introduced in the model and previous results and will adapt initial bathymetry and boundary conditions to evaluate on nourishment performance and coastal erosion rates.

Contact persons: M. Sc. Rik Gijsman

Delft3D model setup for Westerland (Sylt).

 

  

Optimisation of a numerical Reef3D model to simulate beach-bar formation (SA)

Numerical models support in understanding of complex hydrodynamic and morphodynamic processes in the nearshore zone of sandy beaches. This work focusses on the optimisation of an existing REEF3D model to simulate sediment transport of a sandbar in front of a sandy beach. The student will be introduced in the model setup and guided to select parameters, of which their effect on the model performance is evaluated. 

Contact persons: M. Sc. Rik Gijsman  M. Eng. Kim Mario Welzel

REEF3D simulations of a nearshore sandbar

Untersuchung von Fluid-Sediment-Interaktionsprozessen (SA, MA)

Die Arbeit ist entweder mit Fokus auf der numerischen Simulation des Erosionsprozesses mittels DualSPHysics durchführbar oder mit Fokus auf physikalischen Modellversuchen.

Numerik:

Zur numerischen Modellierung von Sedimenttransportprozessen kommen bisher meist gitterbasierte CFD-Verfahren zum Einsatz, die jedoch Nachteile bei der Modellierung sich mitbewegender Grenzflächen (z.B. zwischen Fluid und Sediment) aufweisen. Demgegenüber werden bei gitterlosen Verfahren, z.B. Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), einzelne sich mit der Strömung mitbewegende Partikel simuliert. Aufgrund der Unterschiede in der numerischen Methode und Diskretisierung verspricht die SPH entscheidende Vorteile gegenüber gitterbasierten Verfahren hinsichtlich der Simulation von Mehrphasenströmungen oder gekoppelten Modellen.

PIV-Modellversuch:

Aktuell werden Modellversuche zur Abbildung der numerischen Erosionssimulationen infolge einer konstanten Strömung vorbereitet. Hierzu werden unterschiedliche kugelförmige Materialien sowie natürliche Steine genutzt. Das Strömungsfeld soll mittels PIV aufgemessen und analysiert werden.

Für nähere Informationen bitte direkt kontaktieren: M. Eng. Kim Mario Welzel

Simulation eines Erosionsprozesses mit DualSPHysics

Numerische Untersuchung von Druckverteilungen und Wirbelablösungen an Strukturelementen (MA)

Mit CFD Modellen sollen die hydrodynamischen Verhältnisse beispielsweise an zylindrischen Strukturen untersucht und dabei Versuchsdaten gegenüber gestellt werden. Von besonderem Interesse sind hierbei Druckverteilungen auf die Strukturelemente und deren Einfluss auf das Strömungsfeld. Solide strömungsmechanische Kenntnisse werden voraus gesetzt und numerisches Vorwissen wäre vorteilhaft.


Ansprechpartner: Dr.-Ing. Arndt Hildebrandt