Masterand/in (w/m/d) - Analyse der Mikrostruktur-Evolution in Thermochemischen Energiespeichern in Stuttgart

Kennziffer: 6740
Arbeitsort: Stuttgart
Eintrittsdatum: sofort
Karrierestufe: Studien- & Abschlussarbeit
Beschäftigungsgrad: Teilzeit
Dauer der Beschäftigung: 6 Monate
Vergütung: Die Vergütung erfolgt gemäß der jeweils geltenden Tarifverträge des öffentlichen Dienstes (Bund).

Kurzbeschreibung Institut/Einrichtung - Am Institut für Technische Thermodynamik untersuchen wir die Energiespeichersysteme von heute und morgen

Die Abteilung Computergestützte Elektrochemie des Instituts für Technische Thermodynamik in Stuttgart vergibt ein Master- / Studien- / Abschlussarbeit im Bereich der Bildverarbeitung und Modellierung poröser Medien.

In einem thermochemischen Energiespeicher wird Wärmeenergie in einer reversiblen chemischen Reaktion gespeichert. Dies ermöglicht die Speicherung großer Energiemengen über lange Zeiträume. Im Zuge der weltweiten Verbreitung erneuerbarer Energien und der Wärmewende in Deutschland werden thermochemische Speicher daher auf Ihre Eignung für viele potenzielle Anwendungen untersucht – von kleinen Kurzzeitspeichern, beispielsweise in thermochemischen Wärmepumpen, bis hin zu großen saisonalen Wärmespeichern.
Die Kernkomponente eines solchen Speichers ist ein Pulverfestbett, das das reaktive Material enthält. Hinzu kommen Leitungen für die Zufuhr und Abfuhr gasförmiger Reaktanten sowie für den Wärmetransport bei der Be- und Entladung des Speichers. Die Performance dieser Systeme hängt maßgeblich von der Geometrie und der zeitlichen Entwicklung der Mikrostruktur des Pulverfestbettes ab (z. B. durch Materialabtrag, Sinterung oder chemische Umwandlung). Um diese Prozesse zu verstehen, wurden hochauflösende Mikro-CT-Bildserien (Zeitreihen) aufgenommen, die eine nicht-invasive Beobachtung der strukturellen Veränderungen ermöglichen.
Die Herausforderung liegt in der automatisierten Auswertung dieser großen Datenmengen. Ziel dieser Arbeit ist es, eine robuste Pipeline zur Analyse der Bilddaten zu entwickeln, um die evolutionären Veränderungen der Mikrostruktur quantitativ zu beschreiben, und die Deformation des Festbettes als Ganzes zu rekonstruieren, und schlussendlich diese Erkenntnisse in makroskopische Modelle zu überführen.
Konkret sollen die Evolution der Mikrostruktur über die Zeit charakterisiert werden, z.B. über Poren- und Korngrößenverteilungen, sowie die Verformung der Schüttung insgesamt rekonstruiert werden. Dafür sollen verschiedene, u.a. KI-basierte, Methoden der Bild Registrierung, Segmentierung und Analyse für poröse Medien verwendet werden.

Deine Aufgaben:

• Bildvorverarbeitung: Implementierung von Verfahren zum Denoising, zur Segmentierung (Phasentrennung) und zur Registrierung/Alignment der Zeitreihen-Bilder, unter anderem basiert auf KI.
• Quantitative Bildanalyse: Charakterisierung der Mikrostruktur (z. B. Porosität, Porengrößenverteilung, Konnektivität) sowie der Deformation des Festbettes und Analyse ihrer zeitlichen Evolution.
• Modellierung & Validierung: (Bonus) Parametrisierung eines makroskopischen Modells auf Basis der gewonnenen Mikrostrukturdaten und Vergleich der Simulationsergebnisse mit experimentell gemessenen Daten.
• Auswertung und Dokumentation der Ergebnisse.

Das bringst Du mit:

• Ingenieur- oder naturwissenschaftliches Studium (Maschinenbau, Physik, Verfahrenstechnik, Technomathematik oder eine vergleichbare Fachrichtung).
• Sehr gute Programmierkenntnisse in Python (idealerweise Erfahrung mit Bibliotheken wie NumPy, pyTorch, scikit-image).
• Interesse oder Vorkenntnisse im Bereich der digitalen Bildverarbeitung.
• Grundkenntnisse in der Theorie poröser Medien sowie in der numerischen Modellierung und Simulation.
• Spaß und Geschick am theoretischen Arbeiten und der Datenanalyse.

Das bieten wir dir:

Das DLR steht für Vielfalt, Wertschätzung und Gleichstellung aller Menschen. Wir fördern eigenverantwortliches Arbeiten und die individuelle Weiterentwicklung unserer Mitarbeitenden im persönlichen und beruflichen Umfeld. Dafür stehen dir unsere zahlreichen Fort- und Weiterbildungsmöglichkeiten zur Verfügung. Chancengerechtigkeit ist uns ein besonderes Anliegen, wir möchten daher insbesondere den Anteil von Frauen in der Wissenschaft und Führung erhöhen. Bewerbungen schwerbehinderter Menschen bevorzugen wir bei fachlicher Eignung.

Wir freuen uns darauf, dich kennenzulernen!

Fragen zu dieser Position (Kennziffer 6740) beantwortet dir gerne:

Dr. Thomas Jahnke
Tel.: +49 711 6862 8033