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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

Bodenstabilisierung durch Vegetation, welche Rolle spielt der Salzgehalt? [MA]

Salzwiesen und Tideröhrichte sind wichtige Ökosysteme im Deichvorland, die unter anderem Wellen dämpfen und Sediment stabilisieren. Sie spielen daher eine zentrale Rolle in naturbasierten Küstenschutzstrategien in Mitteleuropa und erfahren viel Aufmerksamkeit in natur- und ingenieurwissenschaftlicher Forschung. Dabei wurde bisher nicht berücksichtigt, in wieweit die sedimentstabilisierende Wirkung vom Salzgehalt des Wassers beeinflusst wird. Flockenbildung von Tonen und Schluffen hängt maßgeblich von der Salinität des Wassers ab, was sich auf die Scherfestigkeit der Böden auswirken kann. Ändert sich der Salzgehalt des Wassers oder verschiebt sich der Salzgradient in Ästuaren als Folge des Klimawandels, könnte dies folglich Auswirkungen auf die Erosionsstabilität von Ökosystemen im Deichvorland haben.

Nach einer Einarbeitung ins Thema sollen daher vergleichende Laborversuche im Twin Flume zentraler Bestandteil der Arbeit sein, in denen die Reaktion des Bodengefüges und ihrer Stabilität - sowohl mit als auch ohne Durchwurzelung - auf Salinität verglichen werden. Es stehen Soden mit diversen Pflanzenarten aus dem RESIST Projekt (www.thesaltmarshexperiment.org) zur Verfügung, die in einem vergleichenden Messprogramm untersucht werden sollen. Die Auswertung der Ergebnisse wird einen wichtigen Beitrag zur Vorhersage von Salzwiesen- und Tideröhrichtstabilität unter zukünftigen Folgen des Klimawandels leisten.

Bei Interesse am Thema wendet Euch bitte an Maike Paul (paullufi.uni-hannover.de)

State of the Art: Nachhaltige Lösungsansätze im Sinne von Building with Nature für aktuelle Problemstellungen in Ästuaren (PA)

„Building with Nature” und verwandte Ansätze wie “Engineering with Nature”, “Green Engineering”, etc. beschreiben die Absicht ingenieurstechnische Lösungen für ein (wasserbauliches) Problem, unter dem Einbezug natürlicher Prozesse und/oder zum Nutzen der Natur, anzubieten.

Die Anzahl von Projekten aus dieser Richtung (FZK-Kolloquium 2018, EcoShape Conference 2018, etc.) und deren Dimensionen (Sand Motor, etc.) lassen erkennen, dass Building with Nature aktuell eine hohe Relevanz und Bedeutung hat, Tendenz steigend. An unterschiedlichen Stellen der Erde wird das Konzept Building with Nature mit unterschiedlichen Bezeichnungen bereits verwendet, um Lösungen für wasserbauliche Probleme bereitzustellen.

Im Zuge dieser Projektarbeit soll ein Portfolio der global entwickelten Building with Nature Lösungsansätze erstellt werden, die in einem Ästuar (Bsp. Weserästuar) Anwendung finden könnten. Ziel der Arbeit ist es neben der Zusammenfassung der Konzepte auch Chancen und Potenziale der einzelnen Methoden miteinander zu vergleichen.

Bei Interesse bitte an gundlachlufi.uni-hannover.de wenden.

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] – The benefits and drawbacks of beach monitoring techniques
  • [BA] – Comparing beach dynamics of Sylt (Germany) and Narrabeen (Australia)
  • [BA] – Estimating longshore sediment transport rates along the German coast
  • [SA/MA] – Simulating nearshore sandbar response to wave breaking type
  • [MA] – Quantifying morphological changes on Sylt due to climate change

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

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 .  

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 September 2018.

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

Dreidimensionale numerische Modellierung von Sedimenttransportprozessen mittels Reef3D (SA, MA)

Die Strukturumströmung sowie die damit verbundenen bodennah erhöhten Schubspannungen um Offshore-Strukturen können mittels numerischer Simulationen berechnet und damit vorhergesagt werden. Auf Basis dieser Erkenntnisse werden Sedimenttransportansätze verwendet um die Kolkentwicklung an komplexen Strukturen zu berechnen. Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Dreidimensionales numerisches Modell verwendet werden um Sedimenttransportprozesse mittels REEF3D abzubilden. Der Student wird schrittweise an die zugrunde liegende Theorie und an den Open Source Code herangeführt um dann bestehende Studien und REEF3D Simulationen zur Abbildung von physikalischen Modellversuchen in Absprache mit dem Betreuer weiterzuentwickeln und zu verbessern.

Ansprechpartner: M. Eng. Kim Mario Welzel

Draufsicht einer REEF3D Sedimenttransportsimulation um eine Offshorestruktur

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