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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 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

Hochwasserschutz St. Peter-Ording (MA)

In der Gemeinde St. Peter-Ording wird der Sturmflutschutz zwischen zwei nördlich und südlich anschließenden Landesschutzdeichabschnitten derzeit über eine Strecke von 850 m durch Dünen sowie über weitere 1.950 m durch einen Regionaldeich mit einer mittleren Höhe von NHN +6,4 m gewährleistet. Im derzeitigen Zustand besteht daher eine etwa 2,8 km lange „Sicherheitslücke“ im Hochwasserschutzsystem. Diese Lücke ließe sich z.B. schließen, indem der Regionaldeich durch entsprechende Verstärkung den Schutzstandard eines Landesschutzdeiches erhalten würde und die verbleibende Lücke durch einen Deichneubau geschlossen würde. Im Rahmen einer Masterarbeit soll die Hochwasserschutzsituation der Gemeinde beleuchtet und ein entsprechendes Konzept aufgestellt werden. Die Bearbeitung der Masterarbeit wird durch verfügbare Daten sowie fachlichen Austausch vom LKN.SH unterstützt.

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Christian Jordan

Videoanalyse von Pflanzenbwegung unter dem Einfluss von Wasserströmung [SA,BA]

Flexible Pflanzen bewegen sich unter dem Einfluss von Wasserbewegung (Wellen und Strömung). Diese Bewegungen beeinflussen die Kräfte, die auf die Pflanzen wirken, sowie den Widerstand den die Pflanzen dem Wasser bieten. Um die Wechselwirkung zwischen Pflanzen und umgebenden Wasser besser zu verstehen ist es daher notwendig, diese Bewegungen quantifizieren zu können.

Ziele der Arbeit:

Es soll eine Methode weiterentwickelt werden, mit der die Geschwindigkeit sowie Biegung von Pflanzen aus Videodaten quantitativ ermittelt werden kann. Es steht ein Videodatensatz für die Weiterentwicklung zur Verfügung. Zudem soll eine kleine Messreihe mit einem künstlichen Pflanzenblatt selbstständig aufgenommen werden, die über die bereits vorhandenen Videodaten hinaus ein erster Ansatz sind ein solches System auch zur Charakterisierung von Strömungsverhältnissen sowie Pflanzenflexibilität einzusetzen.

Anforderungen:

  • Selbstständiges Einarbeiten in die Thematik
  • Interesse an Bilddatenverarbeitung
  • Grundkenntnisse in Matlab und Python sind von Vorteil und hohe Motivation selbstständig diese Kenntnisse zu vertiefen und zu erweitern sind notwendig
  • Interesse an Biomechanik und Motivation sich Grundlagen der Strömungsmechanik zu erarbeiten

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Moritz Thom (FZK); Raúl Villanueva, M.Sc. (LuFI)

Wave run-up on a stepped revetment

(Research can be done in German)

The main objective of project waveSTEPS is to develop guidelines for the design of stepped revetments. For designing a stepped revetment predictions for the wave run-up height, wave overtopping discharge and wave impacts are required.  

Currently two research topics are available for student research:

 

  • Investigation on aeration properties of stepped revetments

Wave run-up on a stepped revetment results in highly aerated conditions. Little is known on the aeration properties during the wave run-up on a stepped revetment. Small and large scale physical model tests will be conducted to study the aeration properties of stepped revetments. The aeration is an important aspect for wave impacts and also to investigate scale effects.

  •  Wave impacts of stepped revetments

Little research has been done on the wave impacts on stepped revetments. Physical model tests have been conducted, but some data sets have not been analysed yet. In addition, small scale physical model tests will be conducted with different boundary conditions. The student’s task would be to analyse the already existing data measured by pressure sensors and to assist with the model tests still to be conducted.

If you are interested in one of these topics, contact Talia Schoonees: schooneeslufi.uni-hannover.de .  

Beach dynamics and the effect of sand nourishments

(Research can be done in German)

In project STENCIL, the driving forces of the morphodynamic behaviour of sandy beaches and the effects of sand nourishments are researched. The following research topics are currently available for students:

  • [PA] – A comparison of worldwide routinely monitored sandy beaches.
  • [PA] – The benefits and drawbacks of different beach monitoring techniques.
  • [PA] - An overview of experimental research on the morphodynamic behaviour of sandy beaches and sand nourishments.
  • [BA] – The accuracy of Drone mapping for beach monitoring in List on Sylt (Germany).
  • [SA] – Simulating the summer-winter beach profile of Westerland on Sylt (Germany) with a numerical storm impact model.

If you are interested in one of these topics, please contact Rik Gijsman, gijsmanlufi.uni-hannover.de.

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:Gholamreza Shiravani (shiravani@fzk.uni-hannover.de)

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. 

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 (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.)

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 eines Schwimmkörpers mittels Reef3D (BA, SA, MA)

Die Schwimmstabilität und damit das Schwingungsverhalten eines Schwimmkörpers ist im Bereich der meerestechnischen Bautechnik von hoher Bedeutung. Im Rahmen dieser Arbeit soll ein numerisches Modell verwendet werden um physikalische Modellversuche mittels REEF3D abzubilden. Die Modellversuche bestehend aus 3 rechteckigen Schwimmkörpern mit unterschiedlicher Massenverteilung wurden im Wellenkanal am Schneiderberg durchgeführt. Das Ziel dieser Arbeit ist eine möglichst genaue Abbildung ausgewählter Versuchsreihen mit unterschiedlichen Trägheitsmomenten.

Ansprechpartner: M. Eng. Kim Mario Welzel

Beispiel einer Simulation eines rechteckigen Schwimmkörpers in 2D

Kolkentwicklung an Offshore-Strukturen (BA, SA, MA)

Die Vorhersage der Kolkentstehung an komplexen Offshore-Strukturen unter unterschiedlichen Seegangsbedingungen stellt eine große Herausforderung dar. Je nach Strömungsgeschwindigkeit sowie der Struktur selbst (Strebendurchmesser, Strebenwinkel …) entwickelt sich das Strömungsfeld um die Struktur und damit der Kolk sehr unterschiedlich. Das Ziel dieser Arbeit ist es Kolkprozesse an unterschiedlichen Strukturelementen systematisch zu untersuchen, zu analysieren und zu vergleichen. Hierfür sollen Modellversuche an verschiedenen Strukturelementen in der Umlaufrinne in Marienwerder durchgeführt werden. Die Kolkentstehung über die Zeit wird mittels eines Echolotsystems gemessen. Der Endkolk sowie die umgebende Sohle wird mittels eines 3D-Scanners mit einer Auflösung von 1 mm aufgenommen. Dieses Thema kann optional als BA, SA, MA oder auch als Seminararbeit + Masterarbeit kombiniert werden und mit weiteren Inhalten erweitert werden (PIV, numerische Simulationen …).

Ansprechpartner: M. Eng. Kim Mario Welzel

Beispiel eines 3D Scans der Kolkentstehung aus Versuchen im Wellenbecken

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

Weitere Projektarbeitsthemen

Als aktuelle Vorschläge für Projektarbeiten stehen am Ludwig-Franzius-Institut weiterhin folgende Themen zur Verfügung:

  • Building Information Modelling (BIM) im Wasserbau
  • Überarbeitetes Design der Stauanlage Xayaburi in Laos am Mekong
  • Auslegung und Nachweis der Wirksamkeit von Infrastrukturen im Ästuarmanagement über den Lebenszyklus
  • Leistungsfähigkeit und Unterhaltung alternativer Deckwerke im Binnenwasserbau - Erfahrungen der WSV
  • Adaptive Planung zur Anpassung an den Klimawandel am Beispiel des Themsesperrwerks
  • Entscheidungsfindung unter tiefer Unsicherheit am Beispiel eines Laufwasserkraftwerks
  • Schiffsinduzierte Wellenlasten auf Deckwerke in Binnengewässern
  • Vegetationsstressdetektion zum Erhalt naturnaher Ufersicherung mittels luftgestütztem Chlorophyllfluoreszenz-Monitoring
  • Spektrale Auswirkungen von Strombaumaßnahmen auf die Partialtidenentwicklung in Ästuaren
  • Selbstbelüftete Gerinneströmungen auf Schussrinnen
  • Strombaumaßnahmen zur Mitigierung von Sedimentationstendenzen im Binnenbereich

Bei Interesse für eines der oben genannten Themen, wenden Sie sich bitte an Christian Jordan: jordanlufi.uni-hannover.de.