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. Čerpadla v turbínovém režimu

   Ve vodovodních sítích a procesním průmyslu je nutnost snižování přebytečného tlaku v potrubí pomocí redukčních ventilů. V poslední době je snaha o rekuperaci této energie nejčastěji pomocí odstředivých čerpadel provozovaných v turbínovém režimu. V rámci dizertační práce bude proveden experimentální výzkum a výpočtové simulace pro lepší pochopení souvislostí mezi čerpadlovým a turbínovým režimem (odhad turbínové charakteristiky, vliv modifikací oběžného kola na práci v turbínovém režimu).

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

2. Dynamický tlumič tekutinových systémů

   Bude vypracován matematický model různých provedení dynamických tlumičů pro potlačení hydrodynamických nestabilit a tlakových pulzací.

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

3. Dynamika kavitujícího proudění

   Jev kavitace má své negativní (kavitační eroze) i pozitivní (např. desinfekce vody) aspekty. Výsledky našeho experimentálního i výpočtového modelování ukazují, že k velkým tlakovým pulzacím dochází při průchodu tlakové vlny přes úsek kapaliny vyplněné kavitačními bublinami. Náhlý kolaps kavitačních bublin spojený s tímto průchodem dává vznik výrazným tlakovým pulzacím, které mají výrazný destrukční potenciál. V rámci dizertace bude provedeno studium tohoto jevu na základě experimentálního výzkumu (tlaková měření, vysokorychlostní video) a CFD modelování s cílem sestrojit 1D model, který by náhlý kolaps mraku kavitačních bublin kvalitativně i kvantitativně popisoval.

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

4. 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.

5. 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. Model bude validován experimentálně v laboratořích odboru a ve spolupráci s materiálovými inženýry.

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

6. Návrh hydraulického systému pro dálkovou přepravu vody

   Práce bude zaměřena na tvorbu nové technologie přepravy vody na velké vzdálenosti. Součástí technologie bude matematický model a výpočtové modelování tlakových pulsací a ochrany proti vodnímu rázu. Řešena bude i dynamika a funkce zásobníků vody pro závlahy. Upřesnění k tématu v Poznámkách - modifikace - 17.9.2020, viz. spis doktoranda Ing. Dobrovolného

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

7. Návrh hydrodynamické ucpávky s magnetickou kapalinou

   V rámci studia bude vytvořen matematický model interakce rotujícího prvku s magnetickou kapalinou a ověřen experimentem.

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

8. Nestacionární proudění kapaliny rozvětvením

   Na pracovišti Odboru fluidního inženýrství byl vytvořen matematický model proudění kapaliny rozvětvením. Tento matematický model je ověřen pro stacionární proudění. Nyní je třeba provést jeho ověření a případné zpřesnění i pro případ nestacionárního proudění tak, aby jej bylo možné použít pro rešení nestacionárních dějů v potrubích sítích.

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

9. 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.

10. 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.

11. Studium proudění a vznik nestabilit v kluzném ložisku s magnetickou kapalinou

    Rozbor řešení proudění v kluzných ložiscích. Studium vznikajících nestabilit a 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 ložisek na základě vyhodnocení simulací. Simulace i experimenty rozšířené o vliv magnetické kapaliny.

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

12. Studium vírových struktur v okolí mechanické srdeční chlopně

    Rozbor řešení proudění v čerpadlech používaných jako srdeční náhrady a přes mechanické srdeční chlopně. 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.

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

13. 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.

14. 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 nebo tlakových pulzací, případně rozšíření pracovní oblasti. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.