Tento obor připravuje studenty na samostanou tvůrčí práci v konstrukční praxi a klade důraz na komplexní znalosti, integrování poznatků vědy, techniky a také umění v procesu projektování. Studenti , kteří se soustředí na problémy oblasti procesního inženýrství, jsou vedeni k samostatnosti při řešení vývoje, optimálního vedení, efektivního navrhování a projekce procesů v různých průmyslových oblastech.

prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D.

1. Eliminace mikroorganismů kavitací

   Kavitace nepředstavuje pouze negativní jev při provozu hydraulických strojů, ale může být pozitivně využita např. při desinfekci vody. Doktorand se zaměří především na mechanické vlivy vedoucí k poškození sinic a bakterií při kavitaci. Vycházet bude z experimentálních zkoušek na kavitační trati odboru fluidního inženýrství V. Kaplana a výpočtového modelování CFD. Cílem bude popis účinku imploze kavitačních bublin na buňky sinic, resp. bakterií pro různé provozní podmínky a typy kavitačních zařízení. Předpokládá se úzká spolupráce se spřátelenými zahraničními pracovišti.

   Školitel: Rudolf Pavel, doc. Ing., Ph.D.

2. Model kavitační eroze

   Při provozu hydraulických strojů a zařízení může docházet ke kavitaci, tj. lokálnímu vzniku bublinek páry v oblastech nízkého tlaku. Při následné kondenzaci (kolapsu) bublinek jsou generovány výrazné tlakové impulzy, které způsobují poškození obtékaného povrchu. Cílem doktorského studia je vytvoření popisu chování bublinek páry a následně předpovědi míst poškození a její intenzity, tedy tvorba tzv. modelu kavitační eroze. Model vychází především z numerického řešení Rayleigh-Plessetovy rovnice a CFD simulací, která popisuje změnu průměru bubliny v proměnném tlakovém poli. Model bude validován experimentálně v laboratořích odboru a ve spolupráci s materiálovými inženýry. Předpokládá se spolupráce se spřátelenými zahraničnímu pracovišti.

   Školitel: Rudolf Pavel, doc. Ing., Ph.D.

3. Návrh hydrokinetické turbíny

   Hydrokinetické turbíny využívají kinetické energie proudu moří nebo vodních toků a jejich základní koncepce je velmi podobná elektrárnám větrným, zároveň jsou zde i některé velmi odlišné aspekty (např. zpracování energie za oběžným kolem turbíny) . Cílem dizertační práce bude hydraulický návrh hydrokinetické turbíny pro říční toky, případně pro rekuperaci energie v různých technologiích (např. vratné kanály papírenských strojů, otevřené kanály ČOV, ap.).

   Školitel: Rudolf Pavel, doc. Ing., Ph.D.

4. Odstranění chemických látek z odpadních vod kombinací hydrodynamické kavitace a pokročilých oxidačních technik

   Klasické metody čištění odpadních vod neumožňují odstranění některých chemikálií (např. organická rozpouštědla), zbytků léčiv (antidepresiva, analgetika, antikoncepce). Studium bude zaměřeno na využití hydrodynamické kavitace v kombinaci s některými dalšími metodami (ozón, peroxid vodíku, apod.) pro eliminaci těchto látek. Předpokládá se kombinace experimentálních a výpočtových metod a úzká spolupráce v rámci mezinárodního multidisciplinárního týmu.

   Školitel: Rudolf Pavel, doc. Ing., Ph.D.

5. Radiálně – axiální čerpadlo s protiběžnými koly

   Téma se zabývá řešením vícestupňového čerpadla (radiálně axiálního), kde bude vyřazeno vratné kolo a nahrazeno protirotací dalšího oběžného kola. Toto řešení bude aplikováno na čerpadla nižších rychloběžností, tedy na kola radiálně-axiální.

   Školitel: Haluza Miloslav, doc. Ing., CSc.

6. Řízení proudu kapaliny v kanálech a korytech

   Při budování vodních elektráren je třeba se zabývat problematikou rovnoměrného nátoku vody k turbínám. Vlivem tvaru kanálu může dojít k tomu, že rychlostní profil před nátokem do turbín je nerovnoměrný nebo nevhodný. Díky tomu je některá z turbín lépe plněná než ostatní. To může následně ovlivnit jejich výkon a účinnost. Tento problém je možné řešit celkovou změnou tvaru přívodního kanálu, nebo vkládáním žeber. Celková změna tvaru kanálu je limitována územními požadavky. Vkládání žeber může situaci částečně řešit, ale i jejich vliv má své limity a navíc způsobují zúžení kanálu a tím i zvýšení ztrát. Cílem práce je pokusit se najít i jiné možnosti jak přizpůsobit rychlostní profil požadavkům na nátok do turbín. Jedna z možností k přesměrování proudu je využití vírových struktur, nebo dodatečně vložených vestaveb. Cílem práce bude zvážit a porovnat všechny možnosti řízení proudu a tvarování rychlostního profilu. To bude primárně posuzováno na základě numerického modelování proudění. Následně bude připraven a proveden experiment.

   Školitel: Štigler Jaroslav, doc. Ing., Ph.D.

7. Využití fraktální geometrie v mechanice tekutin

   Fraktální geometrie je založena na soběpodobných tvarech velmi často se vyskytujících v přírodě (např. listy rostlin). Nabízí se jejich použití i při návrhu tvarů některých prvků a zařízení pracujících s tekutinami, kde by mohly vést ke snížení tlakových ztrát , tlakových pulzací, případně rozšíření pracovní oblasti nebo zlepšit proces míchání. Výzkum v rámci dizertační práce bude pokračováním prací na odboru již úspěšně zahájených (návrhy fraktálních clon) a bude se opírat jak o výpočtové tak i experimentální modelování.

   Školitel: Rudolf Pavel, doc. Ing., Ph.D.

8. Využití metodiky zpracování obrazu při měření fluidních jevů

   Práce bude zaměřena na digitální zpracování videa měřených hydraulických dějů. Bude se jednat především o sledování kavitace, vstupních vírů a podobných jevů kde lze využít měření pomocí vysokorychlostní kamery.

   Školitel: Habán Vladimír, doc. Ing., Ph.D.

9. Výzkum vstupní recirkulace odstředivých čerpadel

   Při provozu především při nižších průtocích dochází u odstředivých čerpadel ke vzniku recirkulace na sání, která významně ovlivňuje práci čerpadla (ucpání vstupního průřezu, vznik kavitace, atd). Studium bude zaměřeno na analýzu a popis tohoto jevu a hledání možných opatření pro jeho potlačení. Práce bude kombinovat výpočtové simulace s experimentálním výzkumem v laboratoři odboru.

   Školitel: Rudolf Pavel, doc. Ing., Ph.D.

10. Vzájemné ovlivnění kmitajícího tělasa a pulsující kapaliny.

    V interiéru hydrulických strojů dochází ke kmitání mechanických čísti a k tlakovým pulsacím v proudící kapalině. Tyto dva jevy nelze od sebe oddělit a je nutno je řešit společně. V současné době je častý přístup ve stanovení přídavných učinků kapaliny na mechanické části. Bude vypracována metodika stanovení těchto vlastností.

    Školitel: Habán Vladimír, doc. Ing., Ph.D.

11. Ztráty při nestacionárním proudění kapalin.

    Při výpočtovém modelování ztrát při nestacionárním průtoku bývá při vypočtu ztrát použit stejný model jako při stacionárním průtoku. Tento postu z hlediska stanovení útlumu je velice nepřesný. Ztráty je možno modelovat pomocí druhé viskozity kapaliny, ale při uvažování vysoké hodnoty stacionární rychlosti by bylo vhodné tento model doplnit o její vliv.

    Školitel: Habán Vladimír, doc. Ing., Ph.D.