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. Bezventilové plunžrové čerpadlo

   Jedná se o objemové čerpadlo, jehož princip spočívá ve využití hydraulických ztrát při zpětném proudění hydraulickým systémem. Princip ventilů je nahrazen nestabilitou víru rychlosti, který způsobí lokální hydraulický uzávěr. Řešení bude založeno na analýze Navier - Stokesových rovnic a rovnice kontinuity využitím stlačitelnosti kapaliny. Předmětem řešení bude sestavení matematického modelu a jeho praktická realizace numerickými metodami. Problém bude řešen jako nelineární. Studium bude podpořeno projekty GAČR „Vlastnosti hydrofobních povrchů v interakci s kapalinou“ a TAČR „Využití hydrofobních a olejofobních povrchů při interakci s kapalinami“.

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

2. Kavitace vyvolaná rotací kapaliny

   Dizertační práce se bude zabývat studiem kavitujících vírových struktur vznikajících jako následek nestability proudění rotující kapaliny. Cílem je nalezení matematického modelu pro pohyb a pulzace těchto struktur, zjištění podmínek pro jejich vznik a zpřesnění numerických modelů pro jejich simulace. Práce se bude opírat o teoretickou analýzu metodami mechaniky kontinua, výpočtové modelování vlastním i komerčním softwarem i experimentální výzkum využívající laserová měření rychlostního pole a vizualizace proudění. Praktickou aplikací je studium kavitujícího vírového copu v sací troubě vodní turbíny. Dizertační práce bude podpořena grantovým projektem.

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

3. Návrh oběžného kola velmi rychloběžné vodní turbíny s využitím metod matematické optimalizace

   Poslední lokality s nevyužitým hydraulickým potenciálem se vyznačují velmi nízkým spádem a relativně vysokým průtokem. S nasazením metod výpočtové mechaniky proudění spojených s metodami matematické optimalizace bude navrženo oběžné kolo vodní turbíny s vysokou rychloběžností, především vysokým jednotkovým průtokem při relativně vysoké účinnosti. Cílem bude nejen hydraulický návrh ale i experimentální odzkoušení v laboratořích odboru.

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

4. 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.

5. Ověření metody hraničních vířivých elementů se spojitým rozložením vířivosti na 2D proudění kolem osamoceného profilu.

   Metoda hraničních vířivých elementů se spojitým rozložením vířivosti je perspektivní metoda pro modelování vířivého i nevířivého proudění kapaliny. Tato metoda přináší nové pohledy a nové možnosti v oblasti modelování proudění kapalin. Základní principy této metody jsou již odvozeny, je však třeba provést ověření možností jejího využití na reálných příkladech. Je třeba posoudit a prověřit vhodnost různých okrajových podmínek pro rozložení vířivosti na obtékaném povrchu a posoudit vhodnost různých přístupů pro zajištění Kuta-Žukovského podmínky hladkého odtoku z profilu.

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

6. Proudění Nenewtonovské kapaliny v tenkých spárách

   Nenewtonovské kapaliny se chovají odlišně od klasických Newtonovských kapalin. Předmětem práce bude na základě výpočtů zkoumání jejich chování se v tenkých spárách, statických i rotujících. Spáry budou hladké i s centrálními vruby, pokud budou potřeba, na snížení průtoku takovouto spárou (a zvýšení objemové účinnosti stroje, kde je spára použita). Výsledky bude možné aplikovat i na magnetické kapaliny, které mají čím dál větší význam v navrhování kluzných ložisek. Studium bude podpořeno projektem MPO č. FR-TI3/051 "Výzkum a vývoj konstrukčních prvků vysokotlakých čerpadel nové generace pro energetické bloky".

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

7. Stabilita přímého vírového vlákna v proudu kapaliny

   Cílem této práce bude zkoumat podmínky stability přímého vírového vlákna, které je umístěno ve volném proudu kapaliny nebo v ohraničené válcové oblasti. Cílem bude zjistit vliv velikosti cirkulace kolem vírového vlánka, rychlosti proudu kapaliny a hranice oblasti na tvarovou stabilitu vírového vlánka. Řešení bude prováděno matematickou cestou a numerickým modelováním proudění.

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

8. Studium kavitační eroze

   Kolaps kavitačních bublin v blízkosti obtékaného povrchu způsobuje kavitační erozi. Cílem doktorského studia bude výzkum mechanismu kavitační eroze na vybraných prvcích. Výzkum bude probíhat formou experimentu a následně tvorbou výpočtového modelu pro predikci kavitačního opotřebení.

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

9. Vliv hydrodynamické kavitace na živé organismy

   Kolabující kavitační bublina může mít destrukční vliv na buňky živých organismů. Kavitace je fyzikální metodou eliminace patogenních mikroorganismů, jejíž hlavní výhodou je, že nevyvolává rezistenci a nezpůsobuje chemickou kontaminaci. Cílem PhD práce bude studium vlivu kavitace především na mikroorganismy a návrh zařízení na principu hydrodynamické kavitace, které bude patogenní mikroorganismy účinně eliminovat.

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