Master-/Diplomarbeit zu mathematischen Modellen des Wärme- und Stofftransports bei solarer Kühlung

Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme

Beschreibung: 
In unserer Abteilung „Wärme- und Kältetechnik“ (WKT) erforschen und entwickeln wir unter anderem Komponenten für thermisch angetriebene Wärmepumpen und Kältemaschinen und für die Wärmespeicherung auf Basis der Sorptionstechnik.

Um diese neue, ökologisch sehr vielversprechende Technologie konkurrenzfähiger zu machen, ist es wichtig die Wärme- und Stofftransportprozesse in Sorptionsmaterialien (Sorptionskinetik) besser zu verstehen. Neben experimentellen Untersuchungen, ist die parallele Entwicklung und Lösung geeigneter mathematischer Modelle essentiell. Nur so lassen sich Auslegungen simulationsbasiert bewerten und optimieren.

Der räumliche Wärme- und Stofftransport wird durch nicht linear gekoppelte Wärmeleitungs- und Diffusionsgleichungen abgebildet. Zur Identifikation der Transportparameter werden die Modelle und experimentellen Ergebnisse gefittet. Ein besonderes experimentelles Verfahren stellen dabei Frequenzantwort-Messungen dar. Hier können zum einen lokal linearisierte Modelle verwendet werden, zum anderen können Modell und Experiment im Frequenzraum verglichen werden. Beides führt dazu, dass in vielen Fällen analytische Lösungen der Transportgleichungen für das Fitten verwendet werden können. Im Gegensatz zu den sonst nötigen numerischen Lösungen ergeben sich damit enorme Rechenzeitvorteile. Daneben lassen sich mit diesem Verfahren die Transportparameter deutlich präziser bestimmen.

Vorerfahrungen mit der experimentellen Methode oder der Adsorptionstechnologie für thermische Anwendungen werden nicht vorausgesetzt. Die Arbeit baut auf umfangreichen Vorarbeiten auf und findet in enger Abstimmung mit dem betreuenden Doktoranden statt.

Ihre Aufgaben sind:
  • Einarbeitung in das Themengebiet (Literaturrecherche)
  • Entwicklung von Routinen zur Parameteridentifikation
  • Entwicklung und Implementierung eines Gütemaßes der identifizierten Parameter
  • Analytische Lösung von gekoppelten Wärme- und Stofftransportgleichungen im Frequenzraum
  • Alternativ: Implementierung einer numerischen Lösung im Frequenzraum in Comsol Multiphysics
  • Ausführliche Dokumentation der Arbeiten und Ergebnisse
Anforderungen: 
  • noch nicht abgeschlossenes Masterstudium (Uni) im Naturwissenschaftlich-technischen Bereich mit mathematischem Schwerpunkt
  • Kenntnisse im Bereich der Modellierung von Wärme- und Stofftransport
  • Teamfähigkeit, eigenverantwortliche und nachvollziehbare Arbeitsweise, Spaß an wissenschaftlicher Arbeit
  • gute MS-Office-Kenntnisse, Kenntnisse in einer Scriptsprache wie R, Matlab, Python o.ä.
  • gute Englischkenntnisse in Wort und Schrift, gute Deutschkenntnisse wünschenswert, aber nicht Voraussetzung
Anbieter: 
Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme
Abteilung Wärme- und Kältetechnik
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg
Deutschland
WWW: 
https://www.ise.fraunhofer.de/
Ansprechpartner/in: 
Eric Laurenz
Telefon: 
+49 (0)761 45 88-54 08
E-Mail: 
eric.laurenz@ise.fraunhofer.de
Sonstiges: 
Kennziffer: ISE-2016-420
(Ursprünglich) veröffentlicht am: 
16.01.2017


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