Nachfolgend sind Themenvorschläge für Studien-, Bachelor- oder Masterarbeit/-thesis und freier Entwurf gelistet. Bei Interesse bitte beim jeweiligen Betreuer melden.
Urban microclimate: Thermal comfort under a shifting climate – linking local discomfort to large-scale ocean-atmosphere teleconnections
The climate of Europe exhibits substantial variability across the decades at interannual and seasonal timescales, yet the mechanisms driving this variability are not always local atmospheric dynamics alone. A growing body of evidence suggests that remote ocean-atmosphere interactions, most notably the El Niño Southern oscillation (ENSO), exert a measurable influence on European temperature and humidity regimes through large scale teleconnection patterns.
This thesis proposes a systematic, long-term analysis of outdoor thermal comfort variability over Europe, using ERA5 reanalysis dataset for its spatial coverage and high resolution. The work spans multiple timescales from seasonal diagnostics to interannual trend decomposition and will assess the statistical relationship between different ENSO phases and spatially resolved thermal stress indicators. The figure illustrates the 43-year mean heat index across the Eastern Mediterranean and Middle East in September showing that some regions experience persistent intense thermal stress. This is an opportunity to conduct rigorous, interdisciplinary research at the interface of climate science and the built environment.
Language: English
Target audience: Bachelor's or Master's students
Supervision: Dr. Jennyfer Karam
Urban microclimate: Bayesian source identification of urban-scale air pollution from satellite derived data
Urban air pollution is caused by a variety of human activities, such as transportation, industries, agriculture, and construction, which lead to the release and spread of particulate matter in the urban environment, threatening air quality and population health. Hence, there is a need to identify and characterize the sources of such contamination, knowing the map of pollution spread, to enable the design and implementation of appropriate risk assessment and response strategies. However, several factors make the characterization of the source of an emission event a challenging task: the ill-posed nature of the inverse problem, the non-uniqueness of the solutions that can fit the available observation, the uncertainties of the observations, and the complexity of the physical dispersion mechanisms relating the source parameters to the observations.
Main areas of work:
- Use a probabilistic approach that, unlike the deterministic one, characterizes a distribution of possible source parameter configurations.
- Use a Markov Chain Monte Carlo (MCMC) algorithm for stochastic sampling to fully assess the possible combinations of source parameters, hence, quantifying their relative uncertainties.
- Use a high-resolution Lagrangian dispersion model such as GRAMM-GRAL to provide microscale wind computations as well as pollution concentration values in the presence of urban features with high complexity.
- Obtain robust estimates of the pollution emission parameters: the source location, the emission rate, and the emission duration.
Language: English
Target audience: Bachelor's or Master's students
Supervision: Dr. Jennyfer Karam
Fassadenbegrünung: Untersuchung der Hinterlüftung der Grünfassade VertiKKA
Stichworte: Umsetzung eines eigenen Messaufbaus an der Grünfassade VertiKKA zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit hinter den Modulen mittels Thermo-Anemometer. Parallele Erfassung der Randbedingungen vor Ort sowie der Klimadaten. Simulation der Strömung im Luftspalt. Vergleich von Messungen und Simulationen.
Betreuung: Maria Hartmann M.Sc., Dr. Hayder Alsaad
Zielgruppe: Masterarbeit, Bachelorarbeit, Studienarbeit
Indoor environment: Numerical modeling of upper-room UVGI systems and their effectiveness in reducing airborne contamination in classrooms
Classroom environments represent high-density occupancy spaces where the airborne transmission of pathogens poses a well-documented public health risk. Upper-room ultraviolet germicidal irradiation (UVGI) has emerged as a promising disinfection strategy using UVC radiation to inactivate airborne microorganisms within the upper zone of a room while minimizing direct human exposure.
This thesis proposes developing a mathematical model of the UV radiation field generated by the upper-room UVGI fixtures and coupling it with computational fluid dynamic simulations in ANSYS Fluent to capture the transport of airborne contaminants under realistic classroom ventilation conditions. The figure shows the contours of UV irradiance field at a horizontal plane at the centerline of two UV-lamps. The coupled model will allow a rigorous assessment of how lamp placement, orientation, and UV intensity as well as the room airflow patterns determine the disinfection efficiency. This is an opportunity to work in the domain of radiation physics, fluid dynamics, and indoor air quality.
Language: English
Target audience: Bachelor's or Master's students
Supervision: Dr. Jennyfer Karam
Indoor environment: Determination of appropriate numerical turbulence models for mechanical ventilation
CFD simulation of airflow requires well validated models e.g. for turbulence generation. Using experimental data of mechanical ventilation, several turbulence models shall be validated. This requires modelling and simulation of the experimental setup and in-depth comparison of numerical and experimental results using scientific approaches.
Betreuung: Theresa Paskert M.Sc., Dr. Hayder Alsaad
Bearbeitung: Deutsch oder Englisch
Zielgruppe: Bachelorarbeit, Studienarbeit (Special project)
Indoor environment: Performance improvement of mechanical ventilation using optimization tools
Indoor environment: Performance improvement of mechanical ventilation using optimization tools
As mechanical ventilation is very case-dependent, the influence of input parameters such as inlet air temperature, air change rate, and location of inlet openings on indoor air quality and thermal comfort is to be assessed. For this, mechanical ventilation is modeled using ANSYS Fluent, and the parameters are put to test for a given room setup using common optimization algorithms, finding the most appropriate settings. Challenges lay in large domains and fine discretization required for indoor environmental modeling, leading to explosive computational cost. Besides High-Performance CPU computing, GPU-based approaches gain importance and popularity for their enhancements in computing time.
Betreuung: Theresa Paskert M.Sc., Dr. Hayder Alsaad
Bearbeitung: Deutsch oder Englisch
Zielgruppe: Master
Akustik: Messung und Prognose von Körperschall induzierten Schalldruckpegeln im akustischen Miniaturprüfstand
An einem vorhandenen akustischen Modelprüfstand sollen verschiedene Körperschallquellen installiert und der resultierende Schalldruckpegel gemessen werden. Weiterhin sollen Übertragungsfunktionen in der Modellstruktur ermittelt werden. Die Ergebnisse werden dann mit Prognosewerten verglichen.
Die Arbeit hat zum Ziel, Aussagen zur Anwendbarkeit und Genauigkeit der normativen Schalldruckpegelprognose im Modellmaßstab machen zu können.
Betreuer: Dr. Albert Vogel
Zielgruppe: Bachelor, Master
Akustik: Schwingungstechnische Untersuchung von Verbindungsmitteln im Holz- und Holzleichtbau durch ANSYS-Simulationen und Modellmessungen
Aktuell bilden im Holz- und Holzleichtbau die Verbindungen, Stoßstellen und Verbindungsmittel zwischen den Bauelementen bei der schwingungstechnischen Modellierung und Simulation eine große Herausforderung.
In dieser Arbeit sollen verschiedene Verbindungsmittel (z.B. Schrauben, Nagelbleche, Stöße etc.) zum Einen gebaut und experimentelle Modalanalysen durchgeführt werden. Zum Anderen sollen die gewählten Verbindungen mit ANSYS modelliert und simuliert werden und mit den Messungen so abgeglichen werden, dass echte digitale Zwillinge der Verbindungen das Ergebnis dieser Arbeit sind.
(ANSYS-Kenntnisse sind hilfreich, Einarbeitung in das Simulationsprogramm ANSYS erforderlich)
Betreuer: Dr. Albert Vogel
Zielgruppe: Bachelor, Master
Akustik: Experimenteller Vergleich von Körperschallquellencharakterisierungsmethoden (z.B. Schwingungsverhalten einer Wärmepumpe)
Stichworte:
Direkte Messung; Two-stage method (leichte und schwere Empfangsplatte); Substitutionsmethode (Ersatzschallquelle); Quantifizierung des Einflusses der Modendichte auf die Leistungsmessung bei tiefen Frequenzen
Betreuer: Dr. Albert Vogel
Zielgruppe: Master
Akustik: Modellierung und Schwingungssimulation einer Körperschallquelle auf einem Empfangsbauteil (z.B. Wärmepumpe an Hauswand) mit ANSYS
Stichworte: Körperschalleinleitung; Schallweiterleitung im Gebäude; Schallprognose; Körperschall im Leichtbau
Betreuer: Dr. Albert Vogel
Zielgruppe: Master
Akustik: Sensitivitätsanalyse zur Abschätzung der Unsicherheit für die Schalldruckpegelprognose für Körperschallquellen in Gebäuden in Leichtbauweise
Stichworte: Schallprognose; Unsicherheiten Prognoserechnung; Körperschalleinleitung; Schallweiterleitung im Gebäude; Körperschall im Leichtbau
Betreuer: Dr. Albert Vogel
Zielgruppe: Bachelorarbeit; Masterarbeit
Akustik: Modellierung und Simulation von Schwingungen mit ANSYS am Miniatur-Wandprüfstand
Stichworte:
Ein vorhandener Miniatur-Akustik-Wandprüfstand soll in Ansys modelliert und das Schwingverhalten simuliert werden. Weiterhin soll das Luftschallfeld im Prüfstand simuliert werden. Dazu sind umfangreiche Vorkenntnisse in ANSYS sind zwingend erforderlich.
Betreuer: Dr. Albert Vogel
Zielgruppe: Master
Akustik: Schall-Laufzeitmessungen zur Messung kleiner Raumluftströmungen
Stichworte:
Messung von Schalllaufzeiten mit Mikrofonen, Bestimmung von kleinen Luftströmungsgeschwindigkeiten, Bestimmung der Messgrenzen, Systemoptimierung
(äußerst anspruchsvoll und umfangreiche Einarbeitung erforderlich, Matlab-Kenntnisse ggf. erforderlich)
Betreuer: Dr. Albert Vogel
Zielgruppe: Master
Für das Bachelor- und Masterverfahren gelten die entsprechenden Prüfungsordnungen der Studiengänge.