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. Václav Píštěk, DrSc.

1. Diagnostika hydraulických stojů pomocí měření akustické emise

   Práce bude zaměřena na využití měření akustické emise při diagnostice hydraulických stojů. Je přislíbena podpora ČEZu a instalace snímačů akustické emise na elektrárnách.

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

2. Diskové ztráty odstředivých čerpadel a vodních turbín

   Diskové ztráty představují významnou část celkových hydraulických ztrát především u pomaloběžných hydraulických strojů. Cílem dizertační práce je analytický rozbor vzniku diskových ztrát a studium vlivu tvaru spáry mezi disky rotoru a statoru na jejich velikost, s využitím experimentálního a výpočtového modelování.

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

3. 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.

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

4. 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, která popisuje změnu průměru bubliny v proměnném tlakovém poli. Téma je velmi vhodné i pro absolventy specializace Matematické inženýrství (tvorba modelu v prostředí Matlab).

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

5. Optimalizace počtu oběžných lopatek vírové turbíny na zadané parametry

   Při vývoji vírové turbíny se pro malé spády a velké průtoky se používá oběžné kolo se dvěma lopatkami. To je ovšem kavitačně nevýhodné a uložení stroje vede na velmi malé sací výšky, někdy i záporné. Optimalizace lopatek vírové turbíny by se měla zabývat oběžnými koly s podstatně vyšším počtem lopatek, ale poměrně velmi krátkých, aby se zachovala hlavní výhoda vírové turbíny – vysoký průtok. Kavitační vlastnosti by se měly také výrazně zlepšit. Studium bude podpořeno projektem MPO č. FR-TI3/712 „Výzkum a vývoj systémů pro nízkospádové vodní elektrárny“.

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

6. 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.

7. Redukovaný model vírového proudění

   Proudění se silnými vírovými strukturami (např. vírový cop v sací troubě vodní turbíny) lze výhodně popsat redukovaným modelem proudění. Cílem dizertační práce je sestavení tohoto modelu pro turbulentní proudění v mimooptimálním provozním bodu Francisovy turbíny. Model pak bude východiskem pro řízení proudění v sací troubě s cílem omezení tlakových pulzací způsobených vírovým copem. Model bude vycházet z CFD simulací založených na metodě LES a experimentů provedených pomocí metody PIV. Práce bude probíhat v rámci grantu GAČR „Prostorová nestabilita smykové vrstvy při nepříznivém gradientu tlaku“.

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

8. Rotující odtržení v odstředivém čerpadle

   Rotující odtržení se objevuje v mimooptimálních provozních bodech práce odstředivého čerpadla. Výrazně ovlivňuje dynamiku čerpadla i jeho provozní charakteristiky. V případě reverzních čerpadlových turbín má významný vliv na stabilitu provozní charakteristiky a omezení provozní oblasti. Především s využitím numerického modelování (CFD) budou sledovány podmínky vedoucí ke vzniku rotujícího odtržení a následně dynamika odtrženého proudění.

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

9. 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.

10. Studium vírových struktur v srdečních náhradách

    Rozbor řešení proudění v čerpadlech používaných jako srdeční náhrady, studium vírových struktur typických pro tato zařízení, výběr vhodného a běžně používaného zařízení k experimentům, počítačové modelování s predikcí vzniku žádoucích a nežádoucích vírových struktur, návrh úprav stávajících srdečních čerpadel na základě vyhodnocení simulací. Práce navazuje na projekt GAČR číslo GA17-19444S (Interakce heterogenní kapaliny s pružnou stěnou).

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

11. Vlastní a vynucené kmitání kapaliny v pružné trubici

    Práce bude zaměřena na studium interakce stlačitelné kapaliny s pružnou stěnou trubice. Navazuje na projekt GAČR GA17-19444S (Interakce heterogenní kapaliny s pružnou stěnou). Výsledky budou využity jak v oblasti biomedicíny, tak při koncepci nových hydrodynamických systémů; například tlumení vodního rázu.

    Školitel: Pochylý František, prof. Ing., CSc.

12. 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.