Masterarbeit - Entwicklung und experimentelle Validierung eines CFD-Modells für horizontale und vertikale Wasserstoff- und Methanstrahlflammen (DE/EN)

Der Studierende entwickelt ein numerisches Strahlflammenmodell auf Basis der im Prüfstand erzeugten Flammen unter Verwendung einer geeigneten CFD- oder Flammensimulationssoftware wie FDS-SMV, FireFOAM oder einer gleichwertigen Software. Das Modell umfasst horizontale und vertikale Austrittsorientierungen sowie ausgewählte austauschbare Düsenkonfigurationen.

Der CFD-Umfang umfasst vier Referenzkonfigurationen: Freisetzungen von H₂ und CH₄ sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Orientierung unter Verwendung einer Referenzdüse. Eine oder zwei zusätzliche Simulationen werden durchgeführt, um den Einfluss des Düsendurchmessers zu untersuchen.

Ein geeignetes Modell mit reduzierter Ordnung oder ein semi-empirisches Modell wird auf die erweiterte experimentelle Testmatrix angewendet. Vorhergesagte Flammengeometrie, Ausdehnung und radiative Wärmeflussdichte werden mit experimentellen Messdaten verglichen. Die Arbeit umfasst eine Netzkonvergenzstudie, die Validierung ausgewählter Fälle, die Bewertung der Modellgenauigkeit und -grenzen sowie die Bereitstellung der Simulationsdateien und Validierungsergebnisse.

Gewünschter akademischer Hintergrund

• Laufendes Masterstudium im Bereich Maschinenbau, insbesondere mit Schwerpunkt Thermodynamik und Strömungsmechanik, Verfahrenstechnik, Energietechnik, Brandschutztechnik, Simulation und Versuchswesen oder in einem verwandten Fachgebiet.

Erforderliche Kenntnisse und Fähigkeiten

• Praktische Erfahrung mit thermisch-strömungsmechanischer CFD, im Idealfall nachgewiesen durch ein abgeschlossenes Simulationsprojekt; Erfahrung mit FDS oder FireFOAM ist von Vorteil.
• Fähigkeit zur Erstellung und Bewertung geeigneter Rechengitter für dreidimensionale CFD-Modelle.
• Erfahrung in der Verifizierung von Simulationen und der Durchführung von Netzkonvergenzstudien.
• Kompetenz in der wissenschaftlichen Datenanalyse mit Python, MATLAB oder einer vergleichbaren Skriptsprache.
• Fundierte Kenntnisse in Strömungsmechanik, Thermodynamik und Wärmeübertragung, einschließlich der Navier-Stokes-Gleichungen, Grenzschichten und Turbulenz.
• Grundkenntnisse in Verbrennung oder reaktiven Strömungen sind wünschenswert.
• Fähigkeit zum eigenständigen Arbeiten mit wissenschaftlicher Software, Fachliteratur und experimentellen Daten.

Rahmenbedingungen

• Beginn: frühester 08/2026
• Dauer: 6 Monate
• Betreuung: Dr. Sebastian Funk, HySON-Institut
• Ort: HySON-Institut, Dammstraße 1, Sonneberg
• Sonstiges: Möglichkeit zur wissenschaftlichen Veröffentlichung der Ergebnisse

Für fachliche Fragen steht Ihnen Dr. Funk (s.funk@hyson.de) zur Verfügung, und Ihre Bewerbung senden Sie bitte an karriere@hyson.de.

Master’s Thesis

Development and Experimental Validation of a CFD Model for Horizontal and Vertical Hydrogen and Methane Jet Flames

This master’s thesis focuses on development and validation of a CFD model of steady-release hydrogen and methane jet flames generated on an experimental test stand.

The student will develop a numerical jet-flame model of the test stand using an appropriate CFD or fire-modelling software package, such as FDS-SMV, FireFOAM, or an equivalent tool. The model will cover horizontal and vertical release orientations and selected interchangeable orifice configurations.

The mandatory CFD scope will comprise four reference configurations: H₂ and CH₄ releases in both horizontal and vertical orientations using one reference orifice. One or two additional simulations will be performed to investigate the influence of orifice diameter.

A suitable reduced-order or semi-empirical model will be applied to the broader experimental test matrix. Predicted flame geometry, trajectory, and radiative heat flux will be compared with experimental measurements. The work will include a mesh-sensitivity study, validation of selected cases, evaluation of model accuracy and limitations, and delivery of the simulation files and validation results.

Desired academic background

• Current master’s studies in Mechanical Engineering, particularly with a focus on thermodynamics and fluid mechanics, Process Engineering, Energy Engineering, Fire Safety Engineering, Simulation and Test or related discipline.

Required knowledge and skills

• Prior hands-on experience with thermal-fluid CFD, ideally demonstrated through a completed simulation project; familiarity with FDS or FireFOAM is an advantage.
• Ability to create and assess suitable computational meshes for three-dimensional CFD models.
• Experience with simulation verification and mesh-sensitivity studies.
• Competence in scientific data analysis using Python, MATLAB, or another scripting environment.
• Sound knowledge of fluid mechanics, thermodynamics, and heat transfer, including the Navier–Stokes equations, boundary layers, and turbulence.
• Basic knowledge of combustion or reacting flows is desirable.
• Ability to work independently with scientific software, technical literature, and experimental data.