Prezenční studium

4 roky

doc. Ing. Pavel Rudolf, Ph.D.

Předseda :
doc. Ing. Pavel Rudolf, Ph.D.
Člen interní :
prof. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D.
prof. Ing. Jan Jedelský, Ph.D.
doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D.
prof. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D.
Člen externí :
Ing. Milan Kořista, Ph.D. (Siemens, o.z. Industrial Turbomachinery, Brno)

Cílem doktorského studia v navrhovaném programu je:
• Příprava tvůrčích vysoce vzdělaných pracovníků v oblasti energetického inženýrství a blízce příbuzných strojírenských oborů, kteří budou připraveni pro působení ve výzkumu a vývoji v průmyslových firmách, výzkumných ústavech a organizacích u nás i v zahraničí.
• Umožnit doktorandovi rozvoj talentu k tvůrčím aktivitám a další rozvoj vědecké či inženýrské osobnosti. Zajistit rozvoj jeho schopností zpracovávat vědecké poznatky ve studovaném oboru a oborech souvisejících.
• Absolventi budou schopni samostatné vědecké práce především v oblasti aplikovaného ale také základního výzkumu.
• Doktorand je veden nejen k získání poznatků ve studovaném oboru, ale také k jeho dalšímu rozvoji.
• Zaměření studia je primárně na základní a aplikovaný výzkum v těchto oblastech: návrh, vývoj a provoz energetických a tekutinových strojů a zařízení, spalování, technika prostředí, procesní inženýrství, mechanika tekutin, termomechanika.
• Absolvent má velmi dobré znalosti teorie oboru i moderních přístupů v oblasti výpočtového a experimentálního modelování.
• Absolvent má dovednosti a schopnosti v oblasti publikace a sdílení výsledků VaV v českém a především anglickém jazyce.

• Profil absolventa odpovídá současnému stavu vědeckého poznání v oblasti energetického inženýrství a umožňuje mu další rozvoj výzkumu v dané oblasti.
• Absolvent je tvůrčí osobnost schopná samostatné i týmové vědecké práce, má dostatečné schopnosti pro přípravu, realizaci a vedení VaV projektů.
• Absolvent je schopen přenášet výsledky mezi základním a aplikovaným výzkumem a spolupracovat v multidisciplinárních mezinárodních vědeckých týmech.
• Doktorand během studia získá široké znalosti a dovednosti v oblasti proudění tekutin, přenosu tepla, návrhu a provozu energetických strojů, zařízení a systémů.
• Předpokládá se, že absolventi najdou uplatnění jako VaV pracovníci akademických výzkumných organizacích nebo ve výzkumných ústavech a odděleních aplikovaného výzkumu průmyslových podniků v ČR i v zahraničí a to v řadových i vedoucích pozicích.

Absolvent doktorského studijního programu Energetické inženýrství bude připraven pro samostatnou i týmovou VaV práci v akademickém prostředí, výzkumných organizacích nebo výzkumných odděleních průmyslových firem v oblasti energetiky, jak tuzemských, tak zahraničních.
Absolvent bude mít komplexní pohled na současné výzvy a problémy v oblasti energetiky a bude schopen reagovat analýzou problematiky, návrhem vhodných modelů resp. technických opatření a zařízení. Proto bude vhodným kandidátem nejen na pozice v oblasti VaV, ale také ve veřejné správě, konzultačních firmách nebo manažerských pozicích firem se zaměřením na energetiku.

Viz platné předpisy, Směrnice děkana Pravidla pro organizaci studia na fakultě (doplněk Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně).

Pravidla a podmínky pro tvorbu studijních programů určují:
ŘÁD STUDIJNÍCH PROGRAMŮ VUT,
STANDARDY STUDIJNÍCH PROGRAMŮ VUT,
STUDIJNÍ A ZKUŠEBNÍ ŘÁD VUT,
SMĚRNICE DĚKANA Pravidla pro organizaci studia na fakultě (doplněk Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně),
SMĚRNICE DĚKANA FSI Jednací řád oborových rad doktorských studijních programů FSI VUT v Brně.
Studium v DSP se neuskutečňuje v kreditovém systému. Klasifikační stupně jsou „prospěl“, „neprospěl“, u obhajoby disertační práce je výsledek „obhájil“, „neobhájil“.

Na VUT jsou zohledněny potřeby rovného přístupu k vysokoškolskému vzdělávání. V přijímacím řízení ani ve studiu nedochází k přímé či nepřímé diskriminaci z žádných důvodů. Studujícím se specifickými vzdělávacími potřebami (poruchy učení, fyzický a smyslový handicap, chronická somatická onemocnění, poruchy autistického spektra, narušené komunikační schopnosti, psychická onemocnění) je poskytováno poradenství v poradenském centru VUT, které je součástí Institutu celoživotního vzdělávání VUT. Podrobně tuto problematiku řeší Směrnice rektora č. 11/2017 „Uchazeči a studenti se specifickými potřebami na VUT“. Rovněž je vytvořen funkční systém sociálních stipendií, který popisuje Směrnice rektora č. 71/2017 „Ubytovací a sociální stipendium“.

Nově navrhovaný doktorský studijní program Energetické inženýrství vzniká jako nový v rámci institucionální akreditace oblasti vzdělávání „Energetika“. Navazuje na bakalářské vzdělání ve specializacích bakalářského studijního programu Energetika a navazující magisterské studijní programy Energetické a termofluidní inženýrství a Procesní inženýrství. Jedná se o vzdělání kombinující solidní teoretické základy v aplikované mechanice, konstrukci energetických strojů, projekci a provozu energetických systémů, znalosti a dovednosti ve výpočtovém a experimentálním modelování v oblasti energetiky a aplikované mechaniky tekutin a termomechaniky.
V případě uchazečů z jiných fakult nebo vysokých škol je nutné, aby zvládali výše zmíněné disciplíny na úrovni vyučované v těchto programech.

1. Adaptace současných a návrh nových zařízení pro moderní nízkouhlíkovou a udržitelnou energetiku

   Disertační práce se bude zabývat řešením vybraných příspěvků k adaptaci současných a návrhu nových zařízení pro moderní nízkouhlíkovou a udržitelnou energetiku. Procesní a energetická zařízení (jako jsou výměníky tepla, tlakové nádoby, uskladňovací nádoby, potrubí a další) musí s nástupem nízkouhlíkové a udržitelné energetiky (jako například vodíkových technologií, biopaliv apod.) čelit novým výzvám. Například doplnění, resp. záměna stávajících paliv za vodík znamená významné změny v provozních podmínkách dotčených procesních a energetických zařízení, spojených s výrobou, skladováním, transportem a jeho spotřebou. Úpravy či rekonstrukce stávajících zařízení a návrh nových, moderních zařízení musí tyto změněné provozní podmínky reflektovat. Mezi očekávané změny v provozních podmínkách lze zařadit například zvýšenou teplotu spalin za hořáky, vodíkové křehnutí u transportních nádob a potrubí, zvýšená potřeba kryogenních aplikací apod. Pro řešení disertační práce tak bude (pro konkrétní oblasti nízkouhlíkové a udržitelné energetiky, jež budou v práci předmětem zájmu) klíčové především pochopení dané problematiky z hlediska tepelně-hydraulických poměrů a jejich vlivu na bezpečnost a spolehlivost zařízení. Mezi hlavní cíle disertační práce proto bude ve vybraných oblastech zájmu patřit: • rešeršní část zaměřená na identifikaci nezbytných změn provozních podmínek, jež přináší vybrané moderní nízkouhlíkové a udržitelné technologie, včetně degradačních mechanismů, výpočtových možností v předmětné oblasti a jejich nejistot a možností využití numerických simulací pro návrhové a kontrolní výpočty a výpočty životnosti vybraných zařízení nebo jejich částí; • výzkumně-vývojová část zaměřená na řešení vybraných dílčích oblastí adaptace současných a návrhu nových zařízení z pohledu reflektování změněných podmínek, bezpečného a spolehlivého tepelně-hydraulického a pevnostního návrhu nebo kontroly vybraných zařízení nebo jejich částí včetně životnosti.

   Školitel: Jegla Zdeněk, prof. Ing., Ph.D.

2. Akustické projevy hydrodynamické kavitace

   Hydrodynamická kavitace je nepříznivým efektem při provozu hydraulických strojů, který způsobuje pulzace, vibrace, kavitační erozi. Jednou z možností diagnostiky kavitace je akustické sledování. Cílem dizertace je zjištění korelace mezi akustickým projevem a stupněm kavitačního poškození, především s využitím prvků umělé inteligence. Výzkum bude probíhat za pomoci experimentů v laboratoři hydraulických strojů i výpočtového modelování.

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

3. Analýza a matematický popis pohybu a chování kruhových vírových vláken.

   Kruhová vírová vlákna, nebo také vírové kroužky jsou jednou z poměrně stabilních forem existence vírových vláken. Vírové kroužky se v proudící kapalině vyskytují velice často jen je nejsou vidět. Je mnoho experimentů, které ukazují zajímavé chování vírových kroužků. Cílem této práce bude hledat matematické či numerické řešení pohybu vírového kroužku v kapalině. Případně bude řešena vzájemná interakce dvou vírových kroužků.

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

4. Částice emitované spalovacími procesy

   Téma se bude věnovat studiu jemných částic odcházejících v proudu spalin ze spalovacích procesů. Pozornost bude zaměřena přednostně částicím emitovaným při spalování biomasy, ale patří sem i částice emitované při využití alternativních paliv. Téma zahrnuje teoretické a experimentální práce. Experimentální práce budou zaměřeny na identifikaci koncentrací a velikosti emitovaných částic za různých podmínek spalovacího procesu. Materiálně je téma zajištěno přístrojovým vybavením EÚ FSI VUT.

   Školitel: Pospíšil Jiří, prof. Ing., Ph.D.

5. Digitální dvojče lidského těla pro určení přenosu tepla

   Pro kvalitní vyhodnocení a predikci tepelného komfortu a tepelných účinků okolního prostředí na lidské tělo je nezbytné věrné napodobení přenosových jevů na pokožce člověka (konvekce, radiace, vypařování). Digitální dvojče lidského těla umožňuje pomocí dat z povrchu reálného lidského těla mapovaných na tepelného manekýna určit intenzitu přenosu tepla do okolního prostředí. Dále je možné určit součinitele přestupu tepla, které jsou na reálném lidském těle jen obtížně měřitelné, ale tvoří nezbytné vstupy pro modely lidské termofyziologie. Cílem disertační práce je vyvinout postup/metodiku pro mapování reálných povrchových teplot lidského těla na tepelného manekýna a vytvoření demonstrátoru systému digitálního dvojčete lidského těla, které lze využít pro vývoj a testování speciálních ochranných pomůcek a HVAC systémů.

   Školitel: Fišer Jan, doc. Ing. Bc., Ph.D.

6. 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. Fraktální geometrie ovlivňuje turbulenci, vznik vírů, proces difúze a disipace, ovlivňuje vznik kavitace. Aplikačně bude výzkum směřován do oblasti čištění vody (pokročilé oxidační metody s využitím ozonu a plazmového výboje). 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.

7. Hydraulický návrh palivového čerpadla s elektrickým pohonem pro vesmírné aplikace

   Cílem dizertační práce je vývoj metodiky pro návrh elektricky poháněných čerpadel raketových motorů pracujících s ekologickými palivy. Významným specifikem jsou vysoké otáčky elektromotoru, malé rozměry oběžného kola a zabránění kavitaci využitím induceru. Metodika bude vyvíjena s pomocí CFD simulací a validována experimentálně na zvětšeném modelu s nižšími otáčkami. CFD simulace budou založeny na vícefázovém modelu zachycujícím vliv kavitace na provozní parametry čerpadla.

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

8. Kavitace v mikro- a miniměřítcích

   V souvislosti s výzkumem v biologických, lékařských, biochemických a chemických aplikacích je výhodné realizovat experimenty v malých měřítcích v řádech stovek mikrometrů až nižších jednotek milimetrů (s ohledem na diagnostické metody, množství chemikálií, eliminaci „mrtvých“ objemů ve velkých exp okruzích). Cílem dizertační práce bude realizace výpočtových simulací i experimentů pro jednoduché geometrické konfigurace (Venturiho dýza clony), vizualizace proudění, zjištění modelových podobností a následně pro vybranou konfiguraci, v rámci multidisciplinární spolupráce, aplikace na odstraňování kontaminantů ve znečištěné vodě.

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

9. 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 na exp. okruhu pro zkoušení kavitační eroze a ve spolupráci s materiálovými inženýry. Předpokládá se spolupráce se spřátelenými zahraničnímu pracovišti (např. UPC Barcelona, Univerzita Ljubljan a jiné).

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

10. Optimalizace návrhu peristaltického čerpadla pro lékařské využití

    Využití peristaltitckých čerpadel je běžnou praxí při operacích srdce a při dialýzách. Negativní vlivy na protékající krev v rámci použití těchto typů objemových čerpadel jsou více či méně známy a často s ohledem na jednoduchost zařízení zanedbávány. Výpočtové modelování svázané úlohy pružné hadice a proudění v ní by mohlo pomoci s optimalizací návrhu peristaltického čerpadla, které by alespoň některé negativní vlivy na lidský organismus eliminovalo. Cílem bude výpočtová optimalizace vnitřních prostor čerpadla tak, aby byla eliminována většina negativ z hlediska porozumění proudění a následné experimentální ověření vybraného modelu.

    Školitel: Fialová Simona, doc. Ing., Ph.D.

11. Optimalizační model pro bateriová úložiště solárních fotovoltaických elektráren

    Intenzita slunečního záření dopadajícího na zemský povrch se výrazně mění jak v průběhu dne tak v průběhu celého roku. Výroba elektrické energie ze slunečního záření se proto neobejde bez ukládání vyrobené energie. Pro krátkodobé ukládání energie vyrobené solárními fotovoltaickými elektrárnami se v současnosti nejčastěji používají bateriová úložiště, která jsou flexibilní jak z hlediska kapacity, tak z hlediska umístění. Optimální velikost bateriového úložiště závisí na návrhových parametrech a provozních podmínkách, přičemž provozní podmínky jsou časově závislé a mají často nahodilý charakter. Cílem práce je vytvoření optimalizačního modelu pro bateriová úložiště solárních fotovoltaických elektráren zohledňujícího jak návrhové parametry tak provozní podmínky.

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

12. Palivové trysky malých turbínových motorů

    Palivové soustavy malých turbínových motorů využívají různé způsoby přívodu paliva do spalovací komory, vyskytují se tak různé konstrukce palivových trysek, např. tlakové vířivé trysky (simplex/duplex), odpařovací trubice, rozstřikové kroužky nebo airblast trysky. Palivové trysky jsou velmi důležitou součástí celé soustavy, jejich správná funkce je nutností pro zajištění dostatečné účinnosti motoru a požadavky kladené na palivové trysky tak jsou velmi vysoké. Palivová soustava musí dodávat přesné a v daném okamžiku potřebné množství paliva do spalovací komory. Důležité je zajistit dobré rozprášení a odpaření paliva a jeho smíchání se vzduchem a to v celém rozsahu otáček (regulačním rozsahu motoru) a zejména při startu. Práce má za úkol provést klasifikaci používaných palivových trysek v turbínových motorech s maximálním tahem do 5000 N (nebo vzletovým výkonem do 600 kW) a dále se zaměřit na detailní popis odpařovacího systému a jeho používaných modifikací. Hlavním předmětem práce je vývoj a zkoušení stávající odpařovací trysky. Doktorand připraví zkušební stend pro provoz trysky, osadí jej potřebnými snímači a bude na něm zkoumat charakteristiky uvedených systémů v daném rozsahu provozních podmínek (např. mapování teplot, zjištění regulačního rozsahu), posoudit jejich vhodnost pro konkrétní účely a systém dále vyvíjet se zaměřením na jeho problematické aspekty. Součástí práce je: technická rešerše a analýza publikovaných technických řešení, jejich systematické porovnání, hodnocení výhod a nedostatků, rozsahu regulačních parametrů a energetických požadavků, popis konstrukčních řešení a jednotlivých částí, rozbor a fyzikální popis jejich funkce, návrh a příprava zkušebního stendu pro provoz trysky, analýza činnosti a orientační výpočet energetické (tepelné) bilance odpařovací trysky Téma má plné technicko-materiální zabezpečení, zejména laboratorní vybavení, techniku a materiál pro experimenty. Předpokládá se částečná finanční podpora studenta z projektu. Téma má návaznost na stávající nebo podaný projekt. Předpokládá se možnost několikaměsíční stáže v zahraničí, účast na technických seminářích a prezentací na konferencích. Práce bude řešena v rámci projektu a ve spolupráci s firmou PBS Velká Bíteš. Praktická část práce bude realizována ve zkušebnách PBS a v laboratořích VUT.

    Školitel: Jedelský Jan, prof. Ing., Ph.D.

13. Počítačový model vodíkové tankovací stanice využívající obnovitelné zdroje energie

    Jednou z překážek rozvoje vodíkové mobility je infrastruktura pro tankování vodíku a to především v odlehlých řídce osídlených oblastech. V takových oblastech mohou nalézt uplatnění vodíkové tankovací stanice s vlastní výrobou vodíku z obnovitelných zdrojů energie (slunce, vítr, voda) pro jejichž instalaci poskytují řídce osídlené oblasti vhodné podmínky. Tyto vodíkové tankovací stanice mohou současně plnit funkci dobíjecích stanic elektromobilů. Pro tento účel mohou být podle potřeby doplněny bateriovým úložištěm, případně palivovými články pro přeměnu vodíku na elektrickou energii. Cílem práce je vytvoření počítačového modelu takové komplexní tankovací stanice s možností využití modelu pro energetickou optimalizaci použitých technologií.

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

14. Podpůrné srdeční čerpadlo

    V literatuře se množství autorů věnuje využití nejen axiálních čerpadel jako srdečních podpor. Předpoklady jejich funkce jsou ale často nadhodnocené vysokými otáčkami stroje, které zastírají nekvalitní hydraulické návrhy. Cílem dizertační práce bude kritické zhodnocení funkce stávajích čerpadel, výpočtové modelování a návrh hydraulicky optimálního oběžného kola a jeho experimentální ověření na 3D tisk modelu v laboratoři.

    Školitel: Fialová Simona, doc. Ing., Ph.D.

15. Pokročilé modely a metody v optimalizaci distribuční sítě a infrastruktury vodíkových čerpacích stanic

    Vodík a jeho využití jako palivo pro dopravní prostředky představuje perspektivní vědní oblast s velkým aplikačním potenciálem. Cílem práce je vytvořit pokročilé modely a aplikovat/adaptovat efektivní optimalizační metody pro návrh a optimalizaci sítě vodíkových stanic a související infrastruktury. Téma je součástí problematiky, která je obsažena v aktuálně připravovaném projektu NCK Národní centrum vodíkové mobility.

    Školitel: Klimeš Lubomír, doc. Ing., Ph.D.

16. Pokročilé soft computing metody v inverzních úlohách přenosu tepla

    V počítačovém modelování mnoha technických aplikací zahrnujících přenos tepla a látky je zapotřebí inverzně charakterizovat termofyzikálních vlastnosti a/nebo počáteční a okrajové podmínky z tepelného chování systému v čase. Téma je zaměřeno na aplikaci pokročilých soft computing metod, např. neuronových sítí, metaheuristik a umělé inteligence, pro řešení těchto inverzních úloh. Problematika je přímo navázána na aktuálně řešený projekt základního výzkumu.

    Školitel: Klimeš Lubomír, doc. Ing., Ph.D.

17. Příprava a spalování kapalných paliv ve spalovacích komorách turbínových motorů

    Energetické nároky leteckých pohonů budou ještě dlouhou dobu vyžadovat zdroje s vysokou energetickou hustotou, tedy zejména turbínové pohony. Rostoucí nároky na ekologii, ekonomiku provozu i výkonové parametry vyžadují kontinuální vývoj těchto zařízení, lepší pochopení a pokročilé řízení procesů, které ovlivňují jejich funkci. Na pracovišti se dlouhodobě zabýváme výzkumem a vývojem trysek pro rozstřik leteckých paliv do spalovacích komor turbínových motorů. Po vyřešení návrhu samotných trysek a mechanické interakce spreje s okolním plynem je nutné se zabývat dalšími fázemi procesu, tedy odpařováním a spalováním tohoto paliva se zahrnutím moderních trendů v turbomotorech, Současnou ambicí je vytvořit pracoviště, které umožní tento výzkum a vývoj pokročilých proudových motorů. Doktorand bude řešit přípravu zkušebního zařízení, provádět na něm experimenty s využitím moderní optické diagnostiky a v kombinaci s CFD simulacemi přispěje k lepšímu pochopení relevantních procesů. Téma má plné technicko-materiální zabezpečení, zejména laboratorní vybavení, techniku a materiál pro experimenty. Předpokládá se částečná finanční podpora studenta z projektu. Téma má návaznost na jeden či více stávajících nebo podaných projektů a je řešeno ve spolupráci s firmou PBS Velká Bíteš. Předpokládá se možnost několikaměsíční stáže v zahraničí, účast na technických seminářích a prezentací na konferencích.

    Školitel: Jedelský Jan, prof. Ing., Ph.D.

18. Selektivní katalytická redukce pro efektivní snižování koncentrace oxidů dusíku ve spalinách

    Cílem disertační práce je návrh experimentální jednotky pro zkoušení různých katalyzátorů pro selektivní katalytickou redukci (SCR) oxidů dusíků a následné ověření účinnosti odstranění oxidů dusíků ze spalin pro různé typy katalyzátorů pro různé provozní podmínky. Laboratorní ověření účinnosti dostupných komerčních katalyzátorů pro selektivní katalytickou redukci NOx amoniakem, umožňuje zhodnocení aplikovatelnosti katalyzátorů v konkrétním procesu a získaná kinetická data budou použita pro návrh řešení modelového bloku čištění spalin s důrazem na potenciální budoucí aplikace. Práce bude kombinovat experimentální a teoretické poznatky s požadavky z průmyslové praxe. Obdržené teoretické výsledky budou využity pro řešení výzkumných projektů a případových studií a budou prezentovány na národních a mezinárodních konferencích a publikovány v odborných časopisech.

    Školitel: Máša Vítězslav, doc. Ing., Ph.D.

19. Separace a čištění vodíku z odpadních plynů

    Téma je napojené na plánované projekty. Náplň výzkumu a vývoje během doktorského studia bude spočívat v hledání možností získávání čistého vodíku pro další použití. Jako zdroj vodíku budou sloužit odpadní plyny (důlní plyn, koksárenský plyn) nebo plyny generované zplyňováním biomasy.

    Školitel: Baláš Marek, doc. Ing., Ph.D.

20. Separace pevných částic v hydrocyklonu

    Hydrocyklon separuje s využitím odstředivých sil cizorodé částice v papírenské hmotě. Disertační práce řeší otázku návrhu optimálního tvarového uspořádání třídiče s ohledem na co nejvyšší dosaženou účinnost. Doktorand se soustředí na citlivostní analýzu v souvislosti s jednotlivými geometrickými parametry, ozřejmí vliv vzniku vírových struktur a podmínek pro dosažení maximální separační účinnosti. Pro analýzu proudění bude využito výpočtové modelování proudění (CFD), následně proběhne experimentální validace.

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

21. Studie dynamiky kavitace vyvolané vírovými strukturami

    Proudění s výskytem vírových struktur je nedílnou součástí provozu většiny hydraulických strojů. Někdy se může jednat o děj chtěný, bez kterého by dané zařízení nemohlo fungovat, jindy se může jednat o děj nechtěný, který naopak může způsobit až fatální následky v provozu daného zařízení. V případě, že je výskyt vírových struktur doplněn o vznik kavitující oblasti (zejména v důsledku lokálního snížení tlaku pod tlak sytých par), tak je tento děj doprovázen významnou dynamikou proudového pole propagující se do celého hydraulického systému. Cílem dizertační práce bude studium výše pospaného jevu s ohledem na detailní popis mechaniky vzniku a projevu kavitujících vírových struktur. K tomu bude využito pokročilého CFD modelování vícefázového proudění a experimentálního měření.

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

22. Studium chování magneticky aktivních kapalin v kapilárách

    Cílem studie bude stanovit zákonitosti vlivu magnetického pole na proudění magnetických tekutin v kapilárách a kapilárně-porézních prostředích a prozkoumat mechanismy řízení proudění. Studovat se budou různé typy magnetických tekutin. Součástí bude prokázání účinnosti řízení proudění magnetické tekutiny v kapilárách a kapilárně-porézních médiích pomocí magnetického pole. Vypracovat model magnetických kaplin v kapilách pro získání závislosti dynamického meze kluzu v závislosti na orientaci magnetického pole. Tyto závislosti nám umožní vypočítat rychlostní profily a výbojové křivky tlakově řízených toků MR tekutin v kapilárách a kapilárně-porézních médiích za přítomnosti rovnoměrného magnetického pole. Navrhnout a sestavit odpovídající experiment k ověření použitelnisti výpočtových modelů.

    Školitel: Fialová Simona, doc. Ing., Ph.D.

23. Studium proudění nemísitelných a vícesložkových kapalin

    Řešení proudění nemísitelných a vícesložkových kapalin. Výzkum kapalin složených ze dvou (nebo více) vzájemně nemísitelných složek je novou, rozvíjející se oblastí. Tyto kapaliny představují nové materiály, které mohou být použity jako maziva, kapalinové ucpávky nebo jako tekutá média v biomechanických zařízeních. Nemísitelné kapaliny se skládají ze dvou (nebo více) kapalných a/nebo pevných složek (kapalina-kapalina nebo kapalina-pevná fáze). Pevnou fázi představují částice dispergované v nosné tekutině. Jejich interakce s vnějším prostředím je ovlivněna jejich chemickým složením, povrchovou úpravou materiálu a může být ovlivněna vnějšími poli. Zkoumání problému nemísitelných tekutin začalo před několika lety a brzy bylo zřejmé, že bude mít velký aplikační potenciál.

    Školitel: Fialová Simona, doc. Ing., Ph.D.

24. Systém pro kontinuální kontrolu přenosu tepla evaporací na povrchu těla

    Vývoj systému, který umožní kontinuální vlhčení struktury tkaniny (overalu/oděvu) pro zvýšení přenosu tepla evaporací v podmínkách s vyšší metabolickou zátěží těla či vyšší teplotou okolí. Cílem bude demonstrovat technickou schůdnost řešení kontinuálního vlhčení materiálu oděvu overalu v kombinaci s běžným prostředím i speciálními oděvy s ventilací pododěvového prostoru. Součástí demonstrátoru bude také technologie pro měření a predikci intenzity přenosu tepla evaporací.

    Školitel: Fišer Jan, doc. Ing. Bc., Ph.D.

25. Systémový návrh tepelných zařízení pro využití nízkopotenciálního tepla v podmínkách partikulárního zanášení

    Disertační práce se bude zabývat vývojem a ověřením metodiky systémového návrhu tepelných zařízení pro využití nízkopotenciálního tepla v podmínkách partikulárního zanášení. Využití nízkopotenciálního tepla v podmínkách partikulárního zanášení začíná být v souvislosti s udržitelnou energetikou velmi častou inženýrskou úlohou, která však v inženýrské praxi skrývá mnohá úskalí. Často je například potřeba nejprve z technicko-ekonomického pohledu identifikovat optimální způsob využití dostupného nízkopotenciálního tepla na základě analýzy a výběru vhodné alternativy (tj. zda například dostupné teplo využít pro ohřev vody, vzduchu, termooleje či jiné vhodné teplonosné látky) v závislosti na konkrétních omezeních dotyčného průmyslového případu. Je potřeba zvolit vhodný typ tepelného zařízení s ohledem na konkrétní charakter partikulárního zanášení a následně toto zařízení spolehlivě navrhnout. K tomu je potřeba disponovat informacemi o zanášivých vlastnostech předmětné partikulární látky, jež je v drtivé většině případů nutno identifikovat pomocí experimentu. Z uvedených informací je tedy zřejmé, že systémový přístup, jež má být v rámci disertační práce vyvinut a ověřen, musí sestávat z přesně definované posloupnosti konkrétních praktických kroků, zahrnujících v potřebném rozsahu nejen projekční a výpočtovou, ale i experimentální činnost pro dosažení optimálního provedení tepelného zařízení navrženého „na míru“ dostupným provozním podmínkám konkrétní průmyslové aplikace.

    Školitel: Jegla Zdeněk, prof. Ing., Ph.D.

26. Transformace klasického odstředivého čerpadla pro výhradní chod v turbínovém režimu

    Využití čerpadla jako turbíny má svoje opodstatnění zejména s ohledem na jednoduchost a ekonomičnost realizace malého zdroje elektrické energie. Čerpadla jsou nabízena v širokých řadách pokrývající očekávané provozní parametry pro danou lokalitu. Provoz čerpadla v reverzním chodu má však svoje specifika, se kterými lze dále pracovat tak, že turbínový provoz může být podstatně vylepšen. Tyto úpravy mohou být jednoduše proveditelné, ale i podstatně složitější vedoucí až například k výměně oběžného kola za nově navržené. Cílem dizertační práce bude provedení analýzy možných úprav vytypovaného čerpadla pro provoz v turbínovém režimu a jejich následná verifikace jednak CFD modelem, tak i experimentálně. V potaz bude brána ekonomičnost, proveditelnost a bezpečnost s ohledem na dosažení co největší účinnosti a životnosti v širokém provozním rozsahu

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

27. Transport vláknitých aerosolů v nestacionárním proudění a interakce se stěnou

    Schopnost modelovat proudění vláken v nestacionárním proudění je potřebná v mnohých inženýrských aplikacích. Jednou z nich mohou být inhalovaná vlákna, ať už toxická nebo sloužící jako nosiče léčiv. V rámci tématu bude provedena experimentální vizualizace proudění vláken v kanále s bifurkací (rozdvojením) o rozměrech lidské trachey a hlavních bronchů. Bude studována také interakce se stěnou – zejména adhezní síly a budou sestaveny rovnice pro predikci chování vlákna při proudění a kontaktu se stěnou.

    Školitel: Lízal František, doc. Ing., Ph.D.

28. Úpravy tuhých paliv pro bezemisní spalování

    Malé zdroje vytápění tuhými palivy jsou jedním z hlavních emitentů tuhých částic. Dizertační práce se zabývá velmi aktuální problematikou, vyvolanou společenským tlakem na snižování znečišťování ovzduší a emisní zátěže. Náplní práce bude zkoumání možných mechanických nebo termických úprav tuhých paliv na bázi biomasy za účelem dosažení nízkých emisí tuhých částic, případně plynných emisí. Téma je experimentální. Téma je napojené na plánované projekty.

    Školitel: Baláš Marek, doc. Ing., Ph.D.

29. Vodík a směsná paliva s vodíkem pro spalovací motory

    Cílem je optimalizace motoru a řídicích algoritmů pro možnost spalování čistého vodíku nebo plynových paliv se zvýšeným obsahem vodíku. Budou využity matematické modely na bázi GT-Suite, Experimenty na jednoválcovém motoru.

    Školitel: Štětina Josef, prof. Ing., Ph.D.

30. Výpočtové řešení fluidní vrstvy spalovacích zdrojů

    V rámci tématu bude řešen popis procesů ve fluidní vrstvě spalovacích zařízení se zaměřením na korektní postihnutí fluidních i termických procesů. Při řešení bude využito numerické modelování využívající metody kontrolních objemů. Získané znalosti umožní vytvořit zpřesněný výpočtový model fluidní vrstvy.

    Školitel: Pospíšil Jiří, prof. Ing., Ph.D.

31. Využití metodiky zpracování obrazu a zvuku 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.

32. Vývoj balonového hořáku

    Předmětem studia je atmosferický plynový vícetryskový hořák užívaný pro balonové létání. Tyto hořáky se vyvíjí pomalými krůčky desítky let a stará a osvědčená koncepce dnes nesplňuje požadavky na komfortní let. Problémové okruhy jsou zejména: omezit kondenzát vody ze vzduchu na trubicích výměníku paliva, černé dohořívání plamene, špatný přístup vzduchu, Snížení sálavého tepla, požadavky na geometrii plamene s ohledem na aplikaci, Snížení hluku Jde o řadu protichůdných požadavků, které vyžadují systematický přístup a dostatečné pochopení problému. V rámci práce bude proveden teoretický rozbor a vytvořen matematicko-fyzikální model procesů včetně experimentálního ověření (popis, identifikace systému) a modelován nejdříve jeden segment hořáku), později případně celý hořák. Při vývoji budou využity experimentální a hlavně simulační metody. Doktorand má za úkol - popsat fenomenologicky relevantní jevy, kvantifikovat relevantní veličiny (měřením, výpočtem) - navrhnout perspektivní řešení s ohledem na efektivitu a technická, ekonomická, legislativní a jiná omezení. Téma má plné technicko-materiální zabezpečení, zejména laboratorní vybavení, techniku a materiál pro experimenty. Předpokládá se částečná finanční podpora studenta z projektu. Téma má návaznost na jeden či více stávajících nebo podaných projektů a je řešeno ve spolupráci s firmou BALÓNY KUBÍCEK spol. s r.o.. Předpokládá se možnost několikaměsíční stáže v zahraničí, účast na technických seminářích a prezentací na konferencích.

    Školitel: Jedelský Jan, prof. Ing., Ph.D.

33. Vývoj pokročilých sprejových řešení pro zachycování CO2

    Aplikace pro odlučování a čištění plynů, které jsou založené na kapalných sorbentech závisí na účinnosti přenosu hmoty na rozhraní plyn-kapalina. Rozstřik kapalin je častou metodou zvyšování kontaktního rozhraní v procesech, kde dochází k mechanické, tepelné nebo chemické interakci kapaliny s okolním plynem. Bylo navrženo několik typů rozprašovačů (tlakové vířivé a dvou-médiové trysky, multi-otvorovové trysky nebo soustavy s plochým filmem), které jsou instalovány v rozstřikových kolonách zejména pro zachycování CO2 absorpcí pomocí roztoků alkanolaminů nebo čpavku. Maximalizace mezifázového rozhraní je univerzálním primárním požadavkem v problémech přenosu hmoty absorbcí mezi plynem a kapalinou. Atomizér pro sprejové čištění by měl produkovat rovnoměrný sprej s průměrem kapek dostatečně malým, aby co nejvíce zvětšil mezifázovou plochu, a zároveň dostatečně velkým, aby nedocházelo k nadměrnému unášení kapaliny plynem. Dostupná literatura neuvádí informace o tom, jaké metody rozstřiku těmto aspektům nejlépe vyhovují. Bude studováno několik strategií pro rovnoměrnou produkci filmu / kapek a zvýšení přenosu hmoty mezi plynnou a kapalnou fází. Hlavním cílem bude redukce polydisperzního spreje s výběrem nejkonkurenceschopnější atomizační techniky a její další vývoj s využitím modifikace reologie kapaliny (nenewtonské kapaliny, organické přísady). Mezi další možnosti patří zlepšení procesu turbulentního míchání pomocí vnějších sil (indukce ultrazvukového záření, zavíření v rozstřikové věži). Bude studována citlivost procesu zachycování CO2 na výše uvedené aspekty. Téma má plné technicko-materiální zabezpečení, zejména laboratorní vybavení, techniku a materiál pro experimenty. Předpokládá se částečná finanční podpora studenta z projektu. Téma má návaznost na stávající nebo podaný projekt. Předpokládá se možnost několikaměsíční stáže v zahraničí, účast na technických seminářích a prezentací na konferencích.

    Školitel: Jedelský Jan, prof. Ing., Ph.D.

34. 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.

35. Záchyt a separace jemných částic využitím impakce

    Práce je zaměřena na studium separace jemných části kontaktem s pevnými povrchy. Kontakt s povrchy může být náhodný nebo vynucený vhodným využitím setrvačných sil. Prakticky se jedná o mezioborový problém, kdy jsou cíleně vytvářeny podmínky proudění plynné fáze s částicemi tak, aby došlo ke kolizi částic se stěnou, nebo aby byly částice konkrétní velikosti koncentrovány v dílčí části proudu a proud následně rozvětven. Obsahem se bude jednat o teoretickou a experimentální práci umožňující porozumět dílčím fyzikálním jevům a využít je pro praktické aplikace.

    Školitel: Pospíšil Jiří, prof. Ing., Ph.D.