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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)
  • Studienarbeit / Seminararbeit (SA)
  • Diplomarbeit (DA)
  • 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 Rahmen eines Industrieprojektes werden im Frühjahr 2019 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 jedoch, 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.


Validierung numerischer Modelle anhand eines Benchmark-Datensatzes

Vor der Anwendung eines numerischen Modells zur Simulation einer komplexen Struktur, wie z.B. eines Wellenkraftwerks, muss dieses zunächst für einfache Geometrien wie schwimmende Boxen validiert sein. Im Dezember 2018 wurden Modellversuche durchgeführt, die das Ziel hatten, einen Benchmark-Datensatz zu erstellen. Unter Verwendung dieses Datensatzes kann die Simulation von verankerten Schwimmstrukturen in numerischen Modellen validiert werden.

Im Rahmen einer Bachelor- oder  Seminararbeit soll der/die Studierende eines von verschiedenen numerischen Modellen (z.B. Ansys Aqwa, REEF 3D, DualSPHysics, etc.) validieren und die Einflüsse der unterschiedlichen Parameter wie Gitterweite, Zeitschrittweite, Turbulenzansätzen, etc. herausstellen. Es besteht die Möglichkeit, weiterführend im Rahmen der Masterarbeit die Rechengenauigkeit und Effizienz verschiedener Modelle in einer Vergleichsstudie zu untersuchen.

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)

Vegetation & 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 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. 

Contact person: Raúl Villanueva, M.Sc. 

For more detailed information about possible topics, click on my name and see the pdf linked to my profile-page. If you are interested in any of these topics or if any extra ideas come to mind, you may contact me per email in order to fix an appointment.

UPDATE (October 2018): Master and Bachelor Theses on the above-mentioned topics are already under development by other students, so I can't offer new thesis topics during the next few months. If you, however, are looking to do a research project of lesser load requirement (e.g. Project Thesis, Seminar Thesis, Research Project) and are also interested in this topic, you are welcome to contact me with an idea (can be preliminary) you would like to develop based on the topics I mentioned above. We can then set up a meeting and discuss further the possibility of using the idea as a topic and how.


 (!) AUCH AUF DEUTSCH GERNE ANSPRECHBAR (!)

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

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

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

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).

 

  

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