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.

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. Adhezní síly a deaglomerace vláknitých aerosolových částic

   Interakce mezi vláknitými částicemi, jejich aglomerace a mechanismy pro jejich zpětné oddělování nachází uplatnění v mnoha oblastech. Velký potenciál existuje například v oblasti nosičů léčiv a deaglomerace v inhalátorech. Práce má interdisciplinární charakter a vyžaduje kombinovat poznatky strojního inženýrství, chemie, matematiky, biologie a farmacie. Cílem je vyvinout přesné modely pro výpočet interakcí vláken, kvantifikaci a modelování adhezních sil a procesů při deaglomeraci. Předpokládá se spolupráce se zahraničními pracovišti, např. University of Delaware, Centre for Energy Research Budapešť a další.

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

2. Aktivní řízení proudění se silnými vírovými strukturami

   V mimooptimálních provozních režimech lopatkových strojů se vyskytují silné zavířené struktury (např. vírový cop v sací troubě vodní turbíny, vstupní recirkulace na sání čerpadla), které zhoršují provozní parametry (nižší účinnost, nestabilita charakteristiky, vznik kavitace, tlakové pulzace, hluk atd.). Jednou z perspektivních možností potlačení je využití aktivního řízení na bázi vstřikování kapaliny. Cílem dizertační práce je prozkoumání těchto možností s využitím výpočtových simulací i experimentálního 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 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. Analýza kondenzace vodní páry z vícesložkových heterogenních směsí a její využití pro zvyšování účinnosti procesů

   V rámci dizertační práce bude řešena kondenzace vodní páry ve spalinách či obdobných plynech. Kondenzační proces je v současné době v energetice velmi perspektivní a je třeba se mu řádně věnovat. Práce je výpočtová a experimentální a je řešena v rámci projektu VaV s průmyslovým partnerem.

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

5. Dynamika vývoje parní vrstvy při chlazení horkých ocelových povrchů

   Práce se zabývá experimentálním studiem vývoje parní vrstvy při interakci proudů vody na pohybujícím se horkém povrchu. Problematika chlazení je v industriálních podmínkách složitá vzhledem k různým stádiím vývoje varu. Nejnižší intenzita chlazení je v oblasti blánového varu, kdy je voda odizolována od povrchu parní vrstvou, jež se snižuje s teplotou povrchu až dojde k jejímu proražení a přechodovému varu. Leidenfrostova teplota je závislá na dynamice proudění vody po povrchu. Pod dopadajícím laminárním proudem vody je Leidenfrostova teplota vyšší než mezi proudy. Dochází tak k lokálnímu přechlazení, což má za následek nežádoucí heterogenity v materiálových vlastnostech. V místech mezi laminárními proudy vody dochází k interakci vodních proudů ze sousedních trysek, a tak k ovlivnění mechanismu přenosu tepla. Publikace ohledně chlazení laminárními proudy se zabývají zejména chlazením na nepohybujícím se povrchu, což je vzdáleno od reálné aplikace. Laboratoř přenosu tepla a proudění je schopna charakterizovat vývoj parní vrstvy na chlazeném povrchu pomocí experimentálního výzkumu a simulací.

   Školitel: Hnízdil Milan, doc. Ing., Ph.D.

6. Emise z malých tepelných zdrojů, záchyt částic

   Téma míří do oblasti krbů, krbových kamen a domovních automatických kotlů, na které jsou kladeny stále přísnější požadavky na vypouštěné emise a účinnost. Náplní práce bude vývoj topenišť za účelem snižování emisí. Další oblastí bude vývoj systémů záchytu částic TZL pro tyto zdroje a jejich integrace do kotle. Budeme se zabývat kondenzací, mokrou vypírkou, filtrací i elektrostatickým odlučováním. Práce je experimentální. Téma je řešeno ve spolupráci s průmyslovým partnerem.

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

7. Energy harvesting z proudící vody

   Cílem je výzkum zaměřený na harvesting malého množství energie z proudící vody na bázi vírem tvořených vibrací případně i kavitačních efektů. Výzkum bude zaměřen jak výpočtově (CFD modelování, tak experimentálně v laboratoři hydraulických strojů odboru fluidního inženýrství. Aktivity budou probíhat s podporou mezinárodního projektu Horizon Europe H-HOPE.

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

8. Geometricky složité struktury vyráběné 3D tiskem pro intezifikaci přenosu tepla: Modelování a optimalizace

   Efektivní přenos tepla a optimální návrh tepelných výměníků patří mezi důležité oblasti související s účinností a ekonomičností široké řady zařízení, ve kterých dochází k tepelné výměně a její intenzifikaci. V minulosti byly technologie pro návrh a výrobu teplosměnných ploch omezeny na konvenční způsoby. V posledních letech však došlo k výraznému rozvoji aditivních technologií zahrnující 3D tisk kovových materiálů. Tento způsob výroby otevírá zcela nové možnosti výroby teplosměnných struktur s velmi komplikovanou topologií pro maximalizaci teplosměnné plochy (např. využití gyroidů). Cílem tématu bude vytvořit a validovat výpočtové modely pro simulaci tepelného chování komplexních struktur pro intenzifikaci přenosu tepla a tepelný výkon těchto struktur dále optimalizovat, např. pomocí soft computing metod. V tomto ohledu se předpokládá využití především přírodou inspirovaných algoritmů a metaheuristik, např. genetického algoritmu či optimalizace hejnem částic. Tyto metody mají totiž dle již publikovaných studií značný potenciál úlohy tohoto typu efektivně řešit. Tento výzkumný záměr je součástí aktuálně řešeného projektu MEBioSys (projekt výzvy OP JAK Špičkový výzkum) a projektu GAČR. V rámci studia se očekává aktivní účast na zahraničních mezinárodních konferencích a absolvování stáže na zahraničním pracovišti, což představuje významnou příležitost pro rozvoj profesní sítě a získání nových poznatků a dovedností. K dispozici budou nezbytné nástroje a vybavení pro pokročilý výzkum, včetně přístupu k softwaru pro výpočtovou mechaniku tekutin (CFD), vysoce výkonným výpočetním systémům (HPC), experimentálnímu zázemí a dalšímu vybavení. V rámci řešení tématu je také předpokládána aktivní účast studenta na experimentální části výzkumu (testování vyrobených tepelných výměníků a sběr dat pro validaci výpočtových modelů).

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

9. Kryogenní separace a záchyt plynů

   Náplní doktorského studia bude výpočtové i experimentální bádání v oblasti velmi nízkých teplot. Cílem práce bude návrh technologie, zejména výměníku, pro podchlazení plynů na teplotu kondenzace, tedy na teploty okolo 200 °C. Práce je spjata s projektem řešeným s průmyslovým partnerem.

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

10. Nabíjecí infrastruktura pro elektrická vozidla: Strojové učení a analýza chování uživatelů pro optimalizaci a prediktivní údržbu

    Zelená dohoda pro Evropu (European Green Deal) je v současné době velmi diskutovaným tématem, který cílí na 55% snížení emisí skleníkových plynů do roku 2030 a na bilančně nulové emise skleníkových plynů do roku 2050. Součástí této strategie je také transformace sektoru dopravy: přechod od spalovacích motorů využívajících fosilní paliva k elektricky poháněným vozidlům. Rostoucí počet elektromobilů ale přináší mnohé problémy, které je potřeba efektivně vyřešit. Jedním z nich je nabíjení elektromobilů, protože stávající elektrická síť a infrastruktura nejsou kapacitně schopny zajistit současné nabíjení velkého počtu elektromobilů. Cílem tématu bude vytvořit výpočtové nástroje, které budou umožňovat optimalizaci infrastruktury nabíjecích stanic elektromobilů (počet stanic, jejich rozmístění, nabíjecí výkon atd.), predikovat potřebu jejich údržby a využívat analýzu a predikci chování uživatelů (řidičů elektromobilů) pro efektivní provoz a využívání dobíjecí infrastruktury. K tomuto účelu se předpokládá využití nástrojů strojového učení, umělé inteligence a prediktivního modelování. Tento výzkumný záměr je součástí aktuálně řešeného projektu ITEM z výzvy OP JAK Mezisektorová spolupráce. V rámci studia se očekává aktivní účast na zahraničních mezinárodních konferencích a absolvování stáže na zahraničním pracovišti, což představuje významnou příležitost pro rozvoj profesní sítě a získání nových poznatků a dovedností. K dispozici budou nezbytné nástroje a vybavení pro pokročilý výzkum, včetně přístupu k vysoce výkonným výpočetním systémům (HPC), experimentálnímu zázemí a dalšímu vybavení.

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

11. Nestability vznikající při obtékání tuhého tělesa

    Při obtékání tuhého tělesa dochází k buzení a k nestabilitám. Asi nejznámější je buzení je od kármánových vírů, případně nestability typu odtržení proudu, flutteringu nebo gallopingu na obtékaném tělese. Cílem disertační práce bude modelovat tyto jevy, provedení experimentálního výzkumu a navrhnout opatření pro zabránění těmto nestabilitám, případně využití tohoto kmitání k zisku energie.

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

12. Nevýfukové částice generované při jízdě automobilu

    Práce je zaměřena na studium emise nevýfukových částic, vznikajících při jízdě automobilů. Práce bude zaměřena z významné části experimentálně s cílem identifikovat morfologii, koncentraci a emisní faktor nevýfukových částic. V teoretické části bude doplněna detailním modelování disperze generovaných částic a hodnocení možností jejich záchytu.

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

13. Predikce kavitační eroze

    Kavitační eroze je negativním projevem kolapsu kavitačních bublin na povrchu např. lopatek hydraulických strojů (čerpadel, vodních turbín). Kromě experimentálního výzkumu kavitační eroze je důležité umět predikovat intenzitu kavitačního opotřebení již ve fázi návrhu stroje s využitím výpočtového modelování. Cílem dizertační práce je výzkum vedoucí k tvorbě kavitačního modelu na bázi postprocessingu dat z CFD modelování a experimentální validace modelu.

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

14. Příprava a úprava paliv pro nižší emise

    Vypouštění znečišťujících látek vznikající při spalování je pod stále větším drobnohledem. Příprava kvalitního paliva je jednou z možných cest, jak nízkých emisí, zejména TZL, dosáhnout. Práce bude zaměřena na mechanické upravy paliv na bázi biomasy, které povedou k optimalizaci spalování a snížení TZL. Práce je experimentální a bude řešena v rámci výzkumného projektu s průmyslovým partnerem..

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

15. Struktury povrchů pro intenzifikaci přenosu tepla

    Práce je zaměřena na výzkum vlivu struktury povrchových ploch na intenzifikaci přenosu tepla ve vybraných inženýrských aplikacích. V rámci řešení bude pozornost zaměřena jak na technologicky jednodušší úpravy (pískování, rádlování, vytvoření minižeber), tak na pokročilejší modifikace povrchové plochy vycházející z topologické optimalizace. Vlastní práce bude zahrnovat významný podíl experimentálního měření, dále výpočtové simulace i analytická řešení souvisejících problémů.

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

16. Studium mimonávrhových stavů odstředivého čerpadla

    Dizertační práce bude zaměřena na analýzu úplné, tj. čtyřkvadrantové charakteristiky odstředivého čerpadla jak s využitím výpočtového modelování (CFD), tak experimentů v hydraulické laboratoři. Sledovány budou nestability spojené s různými provozními režimy, které způsobují tlakové pulzace, zvýšené vibrace a hluk.

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

17. Studium přídavných účinků kapaliny na zjednodušených modelech hydraulických turbín

    Důležitými parametry u hydraulických strojů jsou přídavné účinky od kapaliny. Přidaná hmotnost, tuhost a tlumení konstrukce ponořené ve vodě jsou jiné než ve vzduchu. Navíc se složitost zvyšuje, pokud se struktura pohybuje (např. rotující oběžné kolo) a je ovlivňována možným buzením z proudového pole (např. vírové struktury, proudění ve spárách a labyrintech atd.) nebo vlivem přilehlé geometrie. Hydraulické turbíny mají složitou konstrukci, kde jsou výše uvedené problémy v kombinaci s dalšími efekty zesložiťují uvedenou problematiku. Proto je vhodné a důležité studovat tyto přídavné účinky od kapaliny na zjednodušených modelech takových strojů. Osamocený profil lopatky obtékaný kapalinou, kaskáda lopatek obtékaná kapalinou nebo rotující ponořený disk s proměnnou vzdáleností od stěny či dělenou strukturou jsou dobrými testovacími případy. Cílem této práce je provést numerickou a experimentální analýzu na takto zjednodušených testovacích případech. Kromě toho bude pro buzení zjednodušených struktur využito piezoelektrických prvků pro studium rezonance a vlastních tvarů.

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

18. Vliv elektrického pole na kavitaci

    Vliv elektrického pole na kavitaci je velmi málo prozkoumané téma, přitom s velkým potenciálem (ovlivnění povrchového napětí, vliv na kolaps kavitačních bublin, produkci chemických radikálů atd.). Cílem dizertační práce bude studium vlivu elektrického pole nejdříve na jednoduchém experimentu a později na minikavitační trysce.

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

19. Vliv proměnlivého výkonu obnovitelných zdrojů na nabíjecí infrastrukturu elektrických vozidel

    Integrace obnovitelných zdrojů energie, jako je solární a větrná energie, do elektrické sítě dodávající elektřinu pro nabíjecí infrastrukturu bateriových elektrických vozidel (BEV) je spojena s řadou možných problémů. Téma disertační práce je zaměřeno na výzkum vlivu proměnlivosti obnovitelných zdrojů energie na nabíjecí infrastrukturu BEV a s tím spojených požadavků na skladování energie. Obnovitelné zdroje energie jsou ze své podstaty proměnlivé a nestálé, což vede ke kolísání dodávaného množství elektrické energie. Tyto výkyvy mají dopad na provoz nabíjecí infrastruktury elektrických bateriových vozidel, což bude s narůstajícím počtem BEV vyžadovat pokročilé strategie řízení a skladování energie.

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

20. Vliv struktury obtékaného povrchu na vlastnosti mezní vrstvy, iniciaci kavitace a kavitační erozi

    Cílem dizertační práce je prozkoumat vliv různě tvarovaných a různě rozmístěných struktur na povrchu hydraulického profilu na jeho hydraulické a kavitační charakteristiky. Práce bude probíhat nejdříve s využitím výpočtových simulací založených na hybridních přístupech k modelování turbulence a následně bude provedena experimentální validace v kavitačním tunelu odboru fluidního inženýrství. Aplikaci lze nalézt u lopatek hydraulických strojů nebo na funkčních površích různých hydraulických zařízení (např. ventily).

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

21. Vliv těsnicí spáry na provoz hydraulického stroje

    Těsnicí spára je prostor mezi rotorem a statorem oddělující tekutinu o rozdílném tlaku. Návrh těsnicí spáry úzce souvisí s účinností stroje a s dynamikou rotoru. Cílem doktorského studia bude modelování těsnicí spáry a optimalizace těsnicích spár s ohledem na účinnost a dynamiku rotoru. Dalším cílem práce bude diagnostika těsnicích spár z pohledu jejich poruch, kde se můžeme setkat se zvýšením drsnosti v prostoru těsnící spáry vlivem nečistoty v kapalině, případně s vlivem uvolnění těsnicího kruhu.

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

22. Využití akustické emise při diagnostice tekutinových strojů

    Pomocí akustických projevů lze monitorovat provoz tekutinového stroje, lze sledovat kavitaci na lopatkách nebo v interiéru turbíny nebo čerpadla. Cílem doktorské práce bude stanovit možnosti akustiky při monitoringu tekutinových strojů, a to z pohledu sledování kavitace a vybraných poruch stroje jako jsou například úbytky materiálu na lopatkách, opotřebení ložiska nebo praskliny. Páce by měla být založena na neuronových sítích a umělé inteligenci při zpracování naměřených dat.

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

23. Výzkum hydrodynamické kavitace pro aplikace v biotechnologiích

    Hydrodynamická kavitace díky svým především mechanickým ale také chemickým efektům může být využita v oblasti různých biotechnologických procesů (emulzifikace, dezintegrace, extrakce). Cílem dizertační práce bude výzkum nasazení hydrodynamické kavitace v oblasti čistíren odpadních vod, papírenského nebo potravinářského průmyslu. Výzkum se bude opírat o experimentální i výpočtové modelování a bude intenzivně využívat předchozí bohaté zkušenosti ve výzkumu kavitace na odboru fluidního inženýrství.

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