Durch den wachsenden Energiebedarf ist das Interesse an der Effizienzsteigerung thermischer Anlagen und ihrer Betriebsoptimierung ungebrochen. Gegenwärtig werden die meisten Kraftwerke nach dem energetischen Leistungskriterium ausgelegt, das auf dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik basiert. Oftmals reicht die Energiebilanz des Systems jedoch nicht aus, um Optimierungspotenziale im System zu finden. Zur Bewertung komplexer thermodynamischer Prozesse hat sich hierbei insbesondere die Exergie etabliert. Sie ordnet den verschiedenen Energieformen eine Wertigkeit in Abhängigkeit ihres Zustands zu. Sie ist daher ein leistungsfähiges Werkzeug zur Messung der Energiequalität und ermöglicht es dadurch, komplexe, thermodynamische Systeme effizienter zu machen. Es gibt eine Vielzahl von Analysemethoden, die sich auf die Anwendung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik bzw. der Exergie stützen. Beispielhaft zu nennen sind Second Law Analysis, Exergy Analysis, Advanced Exergy Analysis, Combined Pinch and Exergy Analysis, Exergoeconomic Analysis und Exergoenvironmental Analysis.
Im Rahmen der Arbeit soll eine Übersicht der existierenden, exergiebasierten Analysekonzepte für thermische Prozesse erstellt werden und die unterschiedlichen Methoden hinsichtlich ihrer Gemeinsamkeiten, Unterschiede, Anwendungsgebiete und Einsatzmöglichkeiten sowie –grenzen eingeordnet und untersucht werden. Den Kern der Arbeit bildet ein Systematic Literature Review (systematische Übersichtsarbeit) nach Kitchenham und die Erstellung einer Kozeptmatrix.
Exergetische Untersuchungen werden im Allgemeinen nicht auf transiente Prozesse angewendet, da für diesen Fall die zeitliche Änderung des Exergieinhaltes des betrachteten Systems in die Rechnung einbezogen werden müsste. Daher soll in dieser Arbeit ein besonderes Augenmerk auf die Exergieanalyse instationärer Prozesse bzw. transienter Betriebsweisen thermischer Anlagen gelegt werden.

• Entwicklung eines Suchstrings für Literaturdatenbanken (Scopus, Google Scholar etc.)
• Auswertung der Datenbanksuchergebnisse (Zeitskala der Veröffentlichungen zu einem Thema lässt Rückschlüsse auf dessen Relevanz zu)
• Erstellung einer Konzeptmatrix
• Umfassender Vergleich der unterschiedlichen Konzepte
• Prüfung der Anwendbarkeit der exergiebasierten Analysekonzepte auf instationäre Prozesse
• Zukünftige Entwicklungen bewerten

Betreuer des Lehrstuhls: M.Sc. Raphael Wittenburg

Die Motorprozessrechnung ist ein leistungsstarkes Werkzeug zur Analyse der Abläufe im Motor. Mit Hilfe der Modellierung und Simulation der innermotorischen Vorgänge können bereits in der Entwicklungsphase viele Fragestellungen bezüglich Leistung, Verbrauch, Emissionen und Bauteilbelastung beantwortet werden und darüber hinaus fortwährend Optimierungspotential aufgezeigt und ausgenutzt werden.
Eine besondere Herausforderung aktueller Prozessmodelle besteht darin, das reale Systemverhalten im dynamischen Betrieb wiederzugeben. So zeigen sich bei Lastwechseln beispielweise ein kurzzeitiger Mehrverbrauch und erhöhte Emissionen.
Für ein bestehendes Tool zur dynamischen Motorprozessrechnung sollen weitere Modelle entwickelt und implementiert werden. Eine Auswahl denkbarer Themen ist:

• Optimierung und Erweiterung eines bestehenden Abgasturbolader-Modells inkl. Luft- und  Abgaspfad
• Verbrennungsmodellierung (Dual-Fuel-Brennverfahren, alternative Kraftstoffe) mit dazugehörigen Untermodellen (bspw. Zündverzugsmodell, Klopfen,…)
• Emissionsmodellierung: NOx, Ruß, SOx, unverbrannte Kohlenwasserstoffe
• Erweiterte Modellierung der Motormechanik: Mechanische Bauteile + Antriebsstrang + Reibung
• Injektor- / Einspritz(-verlaufs)-Modell
• Modellierung verschiedener Reglerarchitekturen
• Berücksichtigung weiterer Medienkreisläufe (bspw. Kühlwasser, Schmieröl) inkl. thermischer Netzwerke
• Modellierung von Bauteilelastizitäten und Blow-by

Arbeitsinhalte:
• Erstellung/Optimierung lauffähiger Modelle zur Simulation des Motorinnenprozesses
• Implementierung in ein Modell des Gesamtmotors für die Arbeitsprozessrechnung
• Validierung anhand von detaillierten, hochaufgelösten Messdaten
• Verwendete Software: Dymola/Modelica (objektorientiertes Programmieren)

Betreuer des Lehrstuhls: M.Sc. Felix Dahms

Der Zylinderdruckverlauf stellt eine wesentliche Größe dar, die zur Prozessanalyse des Motorbetriebes genutzt wird. Aus einem indizierten (in Abhängigkeit des Kurbelwinkels) Druckverlauf können mithilfe einer thermodynamischen Auswertung Informationen zum Verbrennungsablauf des Kraftstoff-Luft-Gemisches gewonnen werden und somit Rückschlüsse zum Wirkungsgrad (Kraftstoffverbrauch) und den Emissionen gezogen werden.
Dabei unterscheidet sich die Druckverlaufsanalyse (DVA) stationärer Motorbetriebspunkte wesentlich von der Analyse instätionärer Betriebspunkte (iDVA), die u. A. Lastsprünge betrachtet.

Arbeitsinhalte:
• Recherche zu Unterschieden der instationären thermodyn. Druckverlaufsanalyse (iDVA) im Vergleich zur breit angewandten DVA stationärer Motorbetriebspunkte
• Modellanpassung oder -erstellung (bspw. instationäres Wandwärmeübergangsmodell)
• Implementierung in ein thermodynamisches Analysetool
• Messdatenauswertung (des transienter Motorbetriebs am Forschungsvollmotor MaK 6M20)

Betreuer des Lehrstuhls: M.Sc. Felix Dahms

Hybridisierung? Brennstoffzelle?
Bachelor-, Studien- oder Masterarbeit

Wie sehen die Konzepte der Zukunft für die Energieversorgung an Bord von Schiffen aus? Welche Rolle nehmen die etablierten Schiffsdieselmotoren ein?  Welche im Kontext des maritimen Sektors neuen Technologien zur Energiebereitstellung und Energiespeicherung sind geeignet?
• Brennstoffzellentechnologie
• Elektro-chemische Energiespeicherung mittels Akkumulatoren
• Thermische Energiespeicher

Arbeitsinhalte:
• Literaturstudie zu Konzepten der energetischen Versorgung an Bord von Schiffen
• Modellerstellung von ausgewählten Konzepten in einer Simulationsumgebung
• Simulationsgestützte Bewertung anhand zu definierender Kriterien und Szenarien

Wie sieht die CO₂-Bilanz meiner Urlaubsreise aus?
Projekt-, Bachelor- oder Studienarbeit

Kreuzfahrten, Flugreisen… welchen CO2-Fußabdruck bringen die verschiedene Möglichkeiten zur Gestaltung unserer Urlaubsreise tatsächlich mit sich?

Arbeitsinhalte:
• Methodenentwicklung zur Berechnung der CO2-Bilanz von Urlaubsreisen
• Erarbeitung von Bewertungskriterien zum Vergleich verschiedener Reisemodelle
• Modellgestützte Aus- und Bewertung anhand dieser Kriterien

Betreuer des Lehrstuhls: M.Sc. Felix Dahms

In den vergangenen Jahren hat sich Gesetzgebung zur Emission schädlicher Verbindungen im maritimen Sektor wesentlich verschärft. Aus dieser Entwicklung ergeben sich für Reeder im Wesentlichen zwei Strategien zur Grenzwerteinhaltung – die Verwendung emissionsärmerer Kraftstoffe oder der Einsatz umfassender Abgasnach-behandlung. Abgaswäscher sind ein vielversprechender Ansatz zur Reduktion von SO_X und bieten zudem hohes Potential zur Partikelabscheidung. In einem aktuellen Forschungsvorhaben sollen auf Basis numerischer und experimenteller Methoden sowohl die SO_X - als auch die Partikelabscheideleistung eines Nasswäschers optimiert werden.
In diesem Rahmen sind zwei studentische Arbeiten ausgeschrieben.

Literaturstudie bezüglich Partikel-Tropfen-Interaktionen und Identifikation geeigneter Modelle zur Berechnung der Partikelabscheidung in einem maritimen Wäschersystem

Inhalte:

• Literaturrecherche zu Partikel-Tropfen-Interaktionen und dabei dominierenden Transportmechanismen
• Literaturstudium zu geeigneten Modellen für die Behandlung der Partikel-Tropfen-Interaktion
• Identifikation eines geeigneten Abscheidemodells im Kontext des bestehenden Wäschermodells
• Aufsetzen eines einfachen Testfalls in ANSYS Fluent und Implementierung des Modells (optional)

Numerische Simulation der Strömungs- und Wärmeübergangsprozesse an typischen Füllkörpern eines Nasswäschers

Inhalte:

• Erstellung eines 3D-CAD-Modells einer repräsentativen Füllkörperschüttung
• Erstellung des Rechengitters
• Numerische Simulation der Füllkörperumströmung und Wärmeübertragung in der Packung

Betreuer des Lehrstuhls: Dr.-Ing. Dorian Holtz, M.Sc. Niklas Gierenz

Der Lehrstuhl für Technische Thermodynamik plant deshalb verschiedene Themen für das Studium der Stoffeigenschaften wahlweise als Studium, Bachelor- oder Masterarbeit:

Die Untersuchungen von thermophysikalischen Eigenschaften von Stoffen und Stoffgemischen mittels verschiedener Methoden: Die Dichteuntersuchungen in Hochtemperatur und Hochdrücken in einer Hochdruck-Hochtemperatur Biegeschwingeranlage, die Dampfdruckuntersuchungen mit einer Dampfdruckanlage basierend auf statischen und differenziellen Methoden oder die Gaslöslichkeitsuntersuchungen mit einer Gaslöslichkeitsanlage basierend auf der isochoren Methode. Die Zustandsgleichung ist aus experimentellen Daten zu konstruieren. Die thermischen und volumetrischen Eigenschaften sind aus Dichtedaten, osmotische und Aktivitätskoeffizienten, Verdampfungsenthalpie aus Dampfdruckdaten und das Henry Gesetz aus den Gaslöslichkeitsuntersuchungen zu bestimmen.  

Im Rahmen die Arbeiten sollen im Hinblick auf die Stoffe und Stoffgemische Untersuchungen und Recherchen durchgeführt werden. Im Einzelnen ergeben sich folgende Teilaufgaben:
•    Literaturrecherche zur  Anwendungen der Stoffe und Stoffgemische in verschiedenen Bereichen, 
•    Recherche über bereits vorhandene Untersuchungen, 
•    Recherche und Analyse der verwendeten Messapparaturen,
•    Analysieren und Anpassen der Messergebnisse mittels der Zustandsgleichung,
•    Berechnung der thermophysikalischen Eigenschaften aus der Zustandsgleichung.
Für die Anerkennung die Arbeiten bedarf es einer kontinuierlichen Abstimmung und mindestens zwei Konsultationen mit dem Betreuer. Zur Arbeiten gehören eine wissenschaftliche Dokumentation und ein Vortrag über deren Inhalt. Es bleibt vorbehalten, den Aufgabenumfang im Laufe der Bearbeitung einzuengen oder zu erweitern. Eine Veröffentlichung die Arbeiten bedarf der Zustimmung der Universität Rostock.

Betreuer des Lehrstuhls: Dr. Javid Safarov