Masterarbeit (w/m/d): Aufbau und Validierung eines Thermalmodells einer Bürstendichtung

Das Institut für Test und Simulation für Gasturbinen des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt erforscht neue Triebwerkstechnologien durch die Kopplung numerischer und experimenteller Verfahren zur Validierung innovativer Lösungsansätze. Die technischen Herausforderungen sind dabei hohe Drehzahlen, hohe Temperaturen, hohe Druckverhältnisse und damit verbundene komplexe Lastkollektive der Triebwerkskomponenten in Verbindung mit erhöhten Lebensdaueranforderungen.

Das erwartet dich

In der Abteilung „Testbetrieb und Messverfahren“ werden sowohl rotierende Prüfstände zur Untersuchung des Sekundärluftsystems und von Dichtungen in Gasturbinen betrieben, als auch sogenannte MTC-Prüfstände (Mechanisch‑Thermisch‑Chemisch) zur Untersuchung der Lebensdauer von Heißgasbauteilen unter triebwerksnahen Bedingungen. Bei der Untersuchung von Dichtungen für Gasturbinen liegt der Fokus aktuell auf Bürstendichtungen, mit dem Ziel das Einsatzgebiet von Bürstendichtungen in Triebwerken zu erweitern. Begleitend zu einem der Prüfstände wird ein numerisches Modell einer Bürstendichtung und ihrer Umgebung im Prüfstand entwickelt, welches die Aufteilung der Wärmeströme abbildet und die Einflussfaktoren darauf untersucht.

Deine Aufgaben

Im Rahmen dieser Arbeit soll ein umfangreiches Simulationsmodell zur Vorhersage des Wärmestroms in Bürstendichtungen erweitert werden. Ziel ist es den Wärmeeintrag, welcher im Falle eines Kontaktes der Dichtung mit dem Rotor auftritt, in die Strukturen zu simulieren und mit dem Experiment abzugleichen. Entscheidend für den Betrieb ist, wie stark sich die Struktur, insbesondere der Rotor, erwärmt und wie viel Wärme durch Konvektion in die Strömung übergeht. Dazu soll ein Modell der Dichtung mit der umgebenden Hardware und der anliegenden Strömung aufgebaut werden.

Einzelne Tätigkeiten umfassen

• Erzeugung einer vereinfachten Geometrie aus dem CAD-Modell
• Vernetzung und Netzstudie
• Simulation der Wärmeströme in den Festkörpern für quasistationären Zustand
• Simulation des konvektiven Wärmetransports im Strömungsraum
• Simulation des Reibkontaktes und Wärmeeintrag zwischen Borsten und Rotor
• Validierung anhand experimenteller Daten

Das bringst du mit

• laufendes Masterstudium Maschinenbau, Luft- und Raumfahrttechnik, Physik oder vergleichbar
• Kenntnisse der Strömungsmechanik und Wärmeübertragung
• Erfahrung mit numerischer Simulation
• Anwendungserfahrung mit Ansys Workbench
• sehr gute Deutsch- und/oder Englischkenntnisse in Wort und Schrift