bakalářská práce

Kavitace v mikrofluidice

Text práce 2.29 MB Příloha 6.44 MB

Autor práce: Bc. Martin Holub

Ak. rok: 2015/2016

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

Oponent: Ing. Jiří Kozák

Abstrakt:

Mikrofluidice byla v posledních letech věnována intenzivní pozornost výzkumnými týmy takřka po celém světě. Její možné aplikace jsou velmi početné, zejména pak v oblasti zdravotnictví, ukládání energie do baterií nebo chlazení vysoce výkonných počítačů.
Bakalářská práce „Kavitace v mikrofluidice“ se zabývá kavitací na mikro-měřítku. Nedávný výzkum ukazuje, že mnohé charakteristiky kavitujícího proudění na takto malých rozměrech se podstatně liší oproti charakteristikám pozorovaným na konvenčních makro-rozměrech. Toto podtrhuje relevantnost této práce. Lepší pochopení tohoto jevu může být využito například k řešení jednoho ze značných úskalí mikrofluidiky a to sice mísení tekutin, nebo dále také k jejich pumpování. Mezi další možné aplikace se řadí mechanické namáhání a rozklad mikroorganismů a buněk, katalýza chemických reakcí a cílená doprava léčiv.
První část této práce je věnována postupně základům z oblasti mechaniky tekutin a chemie kavitace. Tato část je následována stručným přehledem aplikací kavitace a to jak na měřítkách tradičních, tak na měřítkách v řádech mikrometrů. Poté je uveden popis numerického řešení kavitujícího proudění spolu s analýzou a ověřením získaných výsledků. Mezi výsledky je například popis rozložení fází, informace o tom, kde dochází k recirkulaci a také přehled vlivu změny kavitačního čísla na tvar a charakteristiky proudění. V závěrečné části práce je pak na základě získaných znalostí navržen experiment, který umožní dále studovat tuto problematiku a poslouží také k vyhodnocení vhodnosti laminárního modelu. Tato bakalářská práce slouží jako základní kámen pro další výzkum v této oblasti plánovaný na Vysokém učením technickém v Brně, a z tohoto důvodu jsou v textu uvedena doporučení pro další práci.

Klíčová slova:

Mikrofluidika, Kavitace, CFD, μ-PIV, MEMS

Termín obhajoby

15.6.2016

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znakmkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Student seznámil komisi s obsahem své bakalářské práce formou prezentace, kterou komentoval a zdůraznil dosažené výsledky. Následovalo přednesení posudků vedoucího i oponenta záměrečné práce. Následně bylo přistoupeno k otázkám přítomných členů komise, na které student reagoval dostatečným způsobem a po vyčerpání všech dotazů byla část obhajoby předsedkyní komise ukončena.

Jazyk práce

angličtina

Fakulta

Ústav

Studijní obor

Základy strojního inženýrství (B-STI)

Složení komise

prof. RNDr. Milada Kozubková, CSc. (předseda)
doc. Ing. Pavel Rudolf, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Jaroslav Štigler, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Simona Fialová, Ph.D. (člen)
Ing. Roman Klas, Ph.D. (člen)

Student Martin Holub se ve své práci zabývá poměrně novým tématem – kavitací v oblasti mikrofluidiky. Po velmi zdařilé a vyčerpávající rešerši se věnuje CFD modelování dvou případů. Zdůrazňuji, že výpočty nejsou jen vyhodnoceny a prezentovány, ale student se snaží i o interpretaci a diskuzi výsledků. Je zajímavé, že spektrální analýza proudění pro různá kavitační čísla vychází přesně naopak než u kavitace ve větších měřítcích. Tyto překvapivé výsledky ještě budou muset být ověřeny dalšími výpočty na jemnější výpočetní síti. V poslední části BP je prezentován návrh experimentu pro ověření výpočtových simulací. Práce je svým rozsahem i obsahem nadstandardní, na úrovni práce diplomové. Navíc v dané problematice se v českém prostředí jedná o práci pilotní, která bude sloužit jako podklad pro další výzkum kavitujícího proudění v mikrofluidice.
Práce je psána velmi dobrou technickou angličtinou a je pěkná a přehledná i po stránce grafické.
Jsem velmi rád, že byla tak kvalitní práce na našem odboru zpracována, hodnotím ji stupněm „A“ a doporučuji k obhajobě.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Známka navržená vedoucím: A

Posudek oponenta
Ing. Jiří Kozák

Autor se v předložené bakalářské práci zabývá problematikou kavitace v mikrofluidice, tedy problematikou zajímavou a značně perspektivní.
Teoretická část bakalářské práce shrnuje současný stav poznání kavitace, jejího matematického popisu a modelování. Autor čerpal ze značného množství zdrojů.

Ve druhé části autor provádí CFD výpočty. K získaným výsledkům autor přistupuje kriticky, dokáže je interpretovat a v případě nesrovnalostí navrhnout potenciální řešení problému. V tomto bodě bych měl jedinou výhradu. Autor získané výsledky často normuje, což  samo o sobě není špatně. Problém vidím v tom, že maximální a minimální hodnoty veličin používané při normování nejsou uvedeny v popisech grafů. Matoucím dojmem pak působí zejména graf 8.5 na straně 37. Autor v textu uvádí, že v jisté části průtočného průřezu dochází ke vzniku zpětného proudění. Díky normování není tento fakt zcela zřejmý.
V poslední části práce autor předkládá návrh experimentálního zařízení pro výzkum kavitujícího proudění ve velice malém měřítku.
Poslední výtku bych měl k závěru. Autor v této kapitole pouze shrnuje obsah, nepředkládá ovšem vlastní závěry vyplývající z rešeršní a výpočtové části práce. Tyto informace jsou sice dohledatelné v jiných kapitolách, přesto mají své místo i v závěru.
Lze konstatovat, že práce je zpracována na velmi vysoké úrovni,  vychází z  kvalitních zdrojů a může sloužit jako dobrý zdroj informací při výzkumu kavitace v mikrofluidice.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A

Známka navržená oponentem: A