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Studentische Arbeiten

Die Mitarbeiter des 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 Dipl.-Ing. Christian Jordan. Zu konkreten Forschungsbereichen können natürlich auch die jeweiligen bearbeitenden wissenschaftlichen Mitarbeiter des Instituts angesprochen werden.

Abkürzungen:

  • Projektarbeit (PA)
  • Studienarbeit / Seminararbeit (SA)
  • Diplomarbeit (DA)
  • Bachelorarbeit (BA)
  • Masterarbeit (MA)

Themenvorschläge

Revisiting Padang's tsunami risk [MA]

The city of Padang faces severe tsunami risk as it is located on the western coast of Sumatra, Indonesia, whose coastline is in close vicinity to the Sunda arc. The Sunda arc is one of the most active seismic regions and a large amount of energy is accumulated in the earth's crust. The tsunami risk to which Padang is exposed is one of the highest worldwide.

The master thesis would be concerned with revisiting inundation scenarios studied 10 years ago. While the city's topography remains unchanged, much has been done to improve street networks for evacuation. The objective of the master thesis will be to do numerical simulations with old and new street networks aiming at a comparison of inundation dynamics on the city area.

Some knowledge of numerical modelling basics is a perk; proficiency of English is required for the literature review, the thesis might be written in English or German though. For further questions, please contact Dr.-Ing. Nils Goseberg.

Seagrass mimics under unidirectional currents: Flume Experiments

Vegetation plays an important role as ecosystem engineer. For this reason, understanding the effect of vegetation on flow patterns is very important. Within this context, 2 student works are offered in order to assess the effects of seagrass mimics (artificial element working as surrogates) on the velocity profile, turbulent kinetic energy and sediment transport processes happening in the flume:

  • [MA] Experimental set up and analysis of velocity, vortex and turbulence development in the presence of vegetation using a PIV system in the current flume in Schneiderberg. 
  • [BA, SA] Experimental set up and analysis of velocity, turbulence and sediment transport onset through vegetation in the circular-track flume in Marienwerder.

Contact person: Raúl Villanueva, M.Sc. 

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

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. A good understanding of the interactions between hydrodynamics and vegetation is needed in order to achieve this objective. This challenge brings forth several questions, which are suitable for parallel studies. These studies include:


  • Physical experiments

Experimental set-ups utilizing either artificial or real vegetation are done to test the structure-fluid interaction and parameterize the process of wave and current loading. 

  • Field measurements

The processes observed in real life can bring forth information to input into numerical models and compare with physical experiments. For this we need to do a vast variety of field measurements ranging from drone measurements for mapping of vegetated areas, to hydrodynamic measurements in-situ to know actual conditions. 

  • Numerical Modeling

On a more regional/global scale, what does the presence/absence of vegetation mean? Numerical models can help achieve a better understanding of the local and global effect of vegetation for coastal hydro and morphodynamics. 


Aquatic vegetation falls within the ecosystem-based solutions for disaster risk reduction (Eco-DRR); a focus 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 more detailed information about possible topics, or if any extra ideas come to mind, you may contact me per email in order to fix an appointment (auch auf Deutsch gerne ansprechbar):

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.)

CFD-Simulation von Offshore-Jacket-Strukturen und Bewertung des Seegangsverhaltens während der Installationsphase (MA)

Im Rahmen des Forschungsprojekts "TexBase" ist die Bewegungsantwort der Jacket-Konstruktion im Seegang zu simulieren. Als Werkzeug steht hierfür das CFD-Programm Ansys CFX zur Verfügung. Das Ergebnis der Arbeit dient der Bewertung der kranbasierten Installationsphase.

Bei "TexBase" handelt es sich um eine hexagonale Schwergewichtsgründung für OWEA durch sandgefüllte Geocontainer für mittlere Wassertiefen. Als projektiertes Einsatzgebiet dient die Nordsee.

Ansprechpartner: Tobias Kreklow (M. Eng.)

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.

Bemessung von Strömungsverhältnissen in offenen Fließgewässern (BA)

In Zusammenarbeit mit einem Industriepartner soll ein anwendungsorientiertes Matlab-Tool zur Bestimmung vollständiger Geschwindigkeitsprofile sowie gemittelten Strömungsparametern erstellt werden. In Abhängigkeit verschiedener Randbedingungen, u. a. Fließquerschnitt, Sohlgefälle, Sohlrauheit, sollen mehrere empirische Ansätze zur Ermittlung von Strömungsgeschwindigkeiten gegenübergestellt werden. Im Zusammenspiel mit vor Ort durchgeführten Strömungsmessungen soll das Matlab-Tool eine verlässliche Vorhersage zur erwartender und maßgebender Strömungszustände erlauben. Zudem soll ein Vergleich zu in Laborversuchen gemessenen Geschwindigkeitsprofilen durchgeführt werden, um den Einfluss vorhandener Modell - und Maßstabeffekte hinsichtlich der Übertragbarkeit auf Prototyp-Maßstab besser abschätzen zu können.

Vorkenntnisse in Matlab wäre für die Bearbeitung hilfreich.

 Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Alexander Schendel

Numerische Modellierung von Sedimenttransportprozessen mittels Reef3D (SA, MA)

Zur numerischen Modellierung von Sedimenttransportprozessen kommen verschiedene CFD-Verfahren zum Einsatz. Im Rahmen der Seminararbeit soll das CFD-Tool Reef3D und der implementierte Sedimenttransportansatz kennengelernt werden, die der Simulation zu Grunde legende Theorie unter Anleitung der Betreuer erarbeitet werden und erste Simulationen durchgeführt werden.

Im Rahmen einer hierdrauf aufbauenden Masterarbeit soll sich der Student mit der Kolkbildung an zylindrischen Pfeilerstrukturen beschäftigen.  Die Aufgabenstellung der Masterarbeit umfasst die Erstellung des numerischen Modells, die Untersuchung der Kolkentwicklung sowie ein Vergleich mit Messdaten aus physikalischen Modelluntersuchungen. 

 Ansprechpartner: M. Eng. Kim Mario WelzelDipl.-Ing. Alexander Schendel

 

Beispiel einer Simulation mit Reef3D

Numerische Modellierung von Fluid-Sediment-Interaktion mittels Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) (SA)

Zur numerischen Modellierung von Sedimenttransportprozessen kommen bisher 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 Diskretisierung verspricht die SPH Methode entscheidende Vorteile gegenüber gitterbasierten Verfahren hinsichtlich der Simulation von freien Oberflächen und Deformation von Grenzflächen sowie der Simulation von Mehrphasenströmungen.

Im Rahmen der Seminararbeit sollen vom Studenten unter Anleitung des Betreuers die SPH Methode sowie verschiedene Schließungsmodelle untersucht und vorgestellt werden. Um den SPH Code DualSPHysicskennen zu lernen sind darauf aufbauend erste Simulationen durchzuführen.

Die Arbeit kann als Grundlage für eine darauf aufbauende, vertiefte MSc-Arbeit verwendet werden.

Ansprechpartner: M. Eng. Kim Mario Welzel

Simulation eines 2D Dammbruchs mit DualSPHysics

Kolkentwicklung infolge einer Überlagung von Wellen und Strömung (MA) und infolge multidirektionalem Seegangs (MA)

Offshore-Bauwerke in der Nordsee sind ständig sich ändernder Wellen- und Strömungsbedingungen ausgesetzt. Eine Veränderung der Strömungsverhältnisse kann eine unmittelbare Beschleunigung bzw. Verlangsamung der Kolkbildung zur Folge haben, sodass sich deutliche Schwankungen in der langzeitlichen Kolkentwicklung zeigen. Ein Ziel innerhalb des aktuellen Forschungsprojektes Gigawind life ist es daher, die Einflussfaktoren und deren Auswirkungen auf die langzeitliche Kolkentwicklung zu quantifizieren und damit eine wirtschaftlichere und zuverlässigere Bemessung von Offshore-Gründungsstrukturen zu gewährleisten.

Vor diesem Hintergrund sollen im Rahmen der Abschlussarbeiten hydraulische Modellversuche im 3D-Wellenbecken des Franzius-Institutes durchgeführt werden. Es stehen dabei zwei Aufgabenstellungen zur Verfügung. Die Erste umfasst die Untersuchung der Kolkentwicklung an einer Pfahlstruktur infolge der Überlagerung von Strömung und Wellen. Inhalt der zweiten Aufgabenstellung ist die Ermittlung der Kolkentwicklung infolge multidirektionalem Seegang. Für die Modellversuche ist eine Erfassung der zeitlichen sowie räumlichen Ausprägung des Kolkes mittels eines Kamerasystems und Laserabtastung vorgesehen. Die gewonnenen Daten sind anschließend auszuwerten und die Ergebnisse zu analysieren. Matlab Vorkenntnisse sind hierzu hilfreich.

Bearbeitung ab Januar 2017

 Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Alexander Schendel

Leistungsfähigkeit von Mischkornfiltern als Kolkschutz unter Wellenbelastung (BA)

Kolk- und Sohlsicheurng an Küsten- und Offshorebauwerken wird normalerweise durch mehrschichtige Kornfilter realisiert. Alternativ hierzu können einschichtige Mischkornfilter verwendet werden, die eine hohe Flexibilität und Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Bedingungen und Standorte aufweisen.

Zur Untersuchung der Stabilität von weitgestuften Mischkornfilter unter Wellenbelastung und der damit verbundenen Eignung als Kolkschutzsystem wurden physikalische Modellversuche im Großen Wellenkanal (GWK) durchgeführt. Die Modellversuche wurden in einem Modelmaßstab von 1:4 durchgeführt und beinhalteten die Erfassung der Kolkentwicklung an einer Monopile-Struktur. Zur detaillierten Bestimmung von Kolk- und Umlagerungsprozessen wurde erstmalig ein 3D-Laserscanner eingesetzt. Im Rahmen der Arbeit soll die zeitliche und räumliche Kolkentwicklung anhand der gesammelten Laserdaten vertieft ausgewertet werden. Dies beinhalten u.a. die Beschreibung des Versagens des aufgebrachten Kolkschutzes. Abschließend soll vom Studenten eine Beurteilung der Leistungsfähigkeit des untersuchten weitgestuften Mischkornfilters als Kolkschutzsystem für Offshore-Strukturen erfolgen.

Die Bearbeitung und Auswertung erfolgt größtenteils mit Matlab, sodass entsprechende Vorkenntnisse hilfreich wären.

Bearbeitung ab März/April 2016.

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Alexander Schendel

Studentische Arbeiten mit einem Boussinesq Ocean & Surf Zone model (SA,BA,MA)

Das Franzius-Institut unterstützt die Entwicklung des phasenauflösenden Boussinesq-Modell Boussinesq  Ocean  &  Surf  Zone  model (BOSZ) des International Research Institute of Disaster Science (IRIDeS) der Tohoku Universität, Sendai (Japan), und bietet daher potentiellen, engagierten Studenten die Möglichkeit sich in Form von studentischen Arbeiten in die Modellarbeit einzubringen. Dabei können sich die Studenten neben theoretischen Grundlagen auch in die gängigen Tools und mögliche Workflows für die Modellarbeit einarbeiten. Die Aufgaben können individuell an die bisherigen Erfahrungen des Studenten angepasst werden, sodass Vorkenntnisse in Numerik (und MatLab) wünschenswert wären, jedoch nicht vorausgesetzt sind.

Ansprechpartner: M.Sc. Gabriel David

Potential von ökosystembasierenden Küstenschutzmaßnahmen (PA,SA)

Im Kooperationsprojekt TWIN-SEA zwischen UNU-EHS (Bonn), LIPI-ICIAR (Jakarta - Indonesien) und Franzius-Insitut werden unter anderem neuartige, innovative, ökosystembasierende Alternativen zum Schutz von Küstenregionen untersucht und deren Anwendungspotential als Eco-DRR-Maßnahme (Ecological Disaster Risk Reduction) erörtert. Im Zuge des Projekts werden studentische Arbeiten im Umfang von Projekt- und Seminararbeiten vergeben.

Bachelorarbeiten können unter Umständen angeboten werden.

Ansprechpartner: M.Sc. Gabriel David

Auswertung von PIV-Messungen an Zylinder-Strukturen (MA)

Meerestechnische Konstruktionen bestehen häufig aus Fachwerken aus Stahlzylindern. An Verbindungselementen und Knoten können bei Umströmung dreidimensionale Variationen der bekannten Kármán-Wirbelstraßen entstehen. Um zusätzliche Strukturbelastungen durch Vibrations- und Resonanzeffekte zu vermeiden, ist es wichtig, die physikalischen Eigenschaften dieser 3D-Wirbel zu verstehen.

Aus Versuchen an der NTNU in Trondheim liegen PIV-Daten eines umfangreichen Messprogramms an Kreuz-, T- und Eckzylindermodellen vor. Diese Daten sollen mit dem kommerziellen Auswerteprogramm DaVis ausgewertet und analysiert werden.

Solide Kenntnisse in Matlab und Strömungsmechanik sind für die Bearbeitung hilfreich.

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Jan Visscher

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