Prezenční studium

4 roky

doc. Ing. Pavel Rudolf, Ph.D.

Předseda :
doc. Ing. Pavel Rudolf, Ph.D.
Člen interní :
prof. Ing. Jan Jedelský, Ph.D.
doc. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D.
doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D.
doc. Ing. Jiří Pospíšil, 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. 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.

2. 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.

3. Renewable Energy Systems for Heating and Electricity Production

   Cílem výzkumu je významně přispět k programu EU pro výzkum a inovace Horizont 2020 v rámci grantové dohody č. 956255, projektu RESHeat (systém obnovitelné energie pro vytápění a výrobu elektřiny v obytných budovách). Výzkum se zaměří na novou integraci a výkon systému vytápění / chlazení sestávajícího ze slunečních FV panelů s chlazením, solárních kolektorů, tepelných čerpadel a možných nových obnovitelných zdrojů energie. Rovněž je třeba vzít v úvahu účinnost skladování tepla a energie v integrovaných systémech. Tyto aktivity budou studovat a rozšiřovat použití metodiky integrace procesů, simulátorů procesů, matematického modelování a dalších pokročilých výpočetních nástrojů pro dosažení cílů projektu. Měly by být integrovány s minimalizací ekologických stop. V závěrečné fázi by měl být výzkum ověřen a demonstrovan na stránkách partnerů projektu.

   Školitel: Klemeš Jiří, prof. Ing. Dr. habil., DrSc., dr. h. c.

4. Využití materiálů se změnou skupenství (PCM) pro zvýšení účinnosti pracovních cyklů tepelných čerpadel a chladících zařízení

   Cílem je prozkoumat možnosti využití PCM v tepelných cyklech kompresorových tepelných čerpadel a chladicích zařízení za účelem zvýšení energetické účinnosti pracovního cyklu. Možnosti použití PCM budou nejprve prozkoumány pomocí počítačových simulací pracovního cyklu. Nejvhodnější řešení budou ověřena experimentálně na modelovém kompresorovém zařízení.

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

5. 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.

6. 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.

7. Zvýšení přenosu tepla konvekcí při kondenzaci par v případě proudění směsí nekondenzujících plynů a par.

   Kondenzace par obsažených v nekondenzujícím plynu vede k zintenzivnění přestupu tepla konvekcí. Téma je zaměřeno na studium tohoto problému, především s ohledem na kondenzaci vodní páry ve výměnících tepla, kterými proudí vlhký vzduch.

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