Navrhování a simulace procesů a jejich zařízení

Garant: prof. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D.
Sekce systémů pro přenos tepla a výpočtového modelování CFD

Navrhování procesů nebo jejich zařízení

TÉMATICKÝ OKRUH

Posuzování energetické náročnosti průmyslových procesů a jejich zařízení

Vedoucí práce: prof. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Student se formou zpracování vybrané úlohy prakticky seznámí s problematikou zvoleného procesního, resp. energetického systému anebo vybraného dílčího zařízení či jeho významné části. Práci tak lze zaměřit individuálně podle vlastní preference a volby studenta na některou z aktuálně nabízených úloh, jež jsou uvedeny níže v odstavci „Cíle, kterých má být dosaženo“.

Význam řešené problematiky:

Seznámení se s konkrétními činnostmi aktuální průmyslové praxe z oblasti efektivního nakládání s energií otvírá studentovi široké možnosti nejen pro navazující studium, ale i pro běžné profesní uplatnění v širokém spektru inženýrských organizací (např. projekčních, výrobních, dodavatelských aj.) působících v procesním a energetickém průmyslu.

Cíle, kterých má být dosaženo:

Téma 1: Koncepční přístup k zahrnování energie z obnovitelných zdrojů do výrobních podniků.
Téma 2: Vyhodnocení funkce experimentálního chladiče spalin.
Téma 3: Hodnocení využití tepelné energie v provozovaném průmyslovém procesu. (Poznámka: Pro potřeby hodnocení jsou na výběr k dispozici různé procesy: např. environmentální proces „waste gas-to-energy“, výrobní proces slévárny, konkrétní potravinářský výrobní proces, petrochemický proces aj.).
Téma 4: Vliv velikosti přípojných hrdel na fungování (nebo na návrh) trubkového výměníku tepla.
Téma 5: Zpracování webové aplikace pro koncepční energetickou rekonstrukci WGtE procesů.
Téma 6: Posuzování uspořádání vybraného výrobního procesu z hlediska bezpečnosti provozu.
Téma 7: Specifické systémy využívání energie z obnovitelných zdrojů v Africe (stát Togo).

Zajímavosti:

Celkem lze na téma přijmout až 10 studentů, přičemž každý student může řešit své individuální zadání (tj. úlohu) o příslušné složitosti (tj. na úrovni bakalářské nebo diplomové práce) vybrané z odstavce „Cíle, kterých má být dosaženo“. Na každé z uvedených individuálních zadání lze také později plynule navázat řešením vyššího stupně závěrečné práce (např. bakalářské→diplomové, diplomové→doktorské apod.). Také lze přijmout a vést studenta s jeho vlastním přineseným zadáním této tematické oblasti.

Zjednodušený výpočet výměníků tepla pomocí MS Excel

Vedoucí práce: Ing. Bohuslav Kilkovský, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Jedná se o zadání vhodné pro ty, kteří by se chtěli věnovat výpočtům zařízení na výměnu tepla a rádi pracují v tabulkovém procesoru. Úkolem je vytvořit zjednodušený návrh základních typů výměníků tepla v tabulkovém procesoru MS Excel bez výpočtu součinitelů přestupu tepla, který je pro každý výpočet jedinečný a důležitý. Součinitelé přestupu tepla budou vybírány pouze z doporučených tabulkových hodnot. Jedná se o první stupeň výpočtů výměníků tepla, který je vhodný pro prvotní rozvahu, zda je vhodné přejít k detailnímu návrhu. Takovýto postup může ušetřit čas.

Význam řešené problematiky:

Výpočty výměníků tepla jsou časově náročné a je vhodné před detailním výpočtem zjistit, jestli je daný typ výměníku pro danou aplikaci vůbec vhodný. Tím může projektant ušetřit spoustu času. Výměník může vyjít například neúměrné velký.

Cíle, kterých má být dosaženo:

Seznámit se s “rychlou“ (zjednodušenou) metodou výpočtů výměníků tepla.
V tabulkovém procesoru MS Excel vytvořit zjednodušené výpočty základních typů výměníků tepla.
Aplikovat výpočty na ukázkových příkladech.

Zajímavosti

Jedná se sice o zjednodušené výpočty, ale i ty mají své místo. Dokáží nám velmi rychle a snadno říci předpokládanou velikost výměníku tepla a určit tak jeho přibližnou cenu. Je to zejména v situacích, kdy řešíme daný typ výměníku pro danou aplikaci častokrát. V takovém případě už víme, jakých hodnot součinitel přestupu tepla dosahuje a můžeme ho snadno a kvalifikovaně odhadnout. Pokud vás tato aktuální průmyslová problematika oslovuje, kontaktujte vedoucího práce pro individuální výběr svého tématu.

Výpočet pádové rychlosti částice

Vedoucí práce: Ing. Bohuslav Kilkovský, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Student se formou zpracování daného tématu seznámí s problematikou výpočtu pádové rychlosti částic. Ta je důležitým parametrem při návrhu např. usazovací nádoby, hydraulického třídění nebo hydraulického rozdružování. Základním řešením je výpočet pádové rychlosti osamocené kulové částice v neomezeném prostředí. Toto je však pouze teoretický příklad, se kterým se v průmyslové praxi v podstatě nesetkáme. Usazování reálné částice je ovlivněno řadou elementů, mezi které patří zejména tvar částic, jejich počet (koncentrace) a velikost nádoby, ve které k usazování dochází. Úkolem práce bude takovýto výpočet popsat. Bude čistě na studentovi, jaké možnosti bude uvažovat. Musí být však řešitelné.

Význam řešené problematiky:

Na pádovou rychlost má vliv velikost nádoby, ve které dochází k usazování, hodnota koncentrace a samozřejmě tvar usazované částice. Hodnota pádové rychlosti je důležitá pro návrh usazovacích nádrží, zjištění doby usazování a také pro návrh hydraulického třídění a rozdružování. Je tedy nutné umět tuto rychlost dostatečně přesně vypočítat.

Cíle, kterých má být dosaženo:

Provést rešerši výpočtových vztahů.
Definovat možné vlivy na velikost pádové rychlosti.
Provést srovnání výpočtových vztahů.
Sestavit metodiku výpočtu pádové rychlosti.
Aplikovat získané poznatky.

Zajímavosti

Dříve se pro výpočty pádové rychlosti používaly zjednodušené rovnice a postupy výpočtů přes různá kritéria. S rozvojem počítačů a vhodných softwarů (Excel, programovací jazyky) je však možné použít komplexnější vztahy. Výpočty tak mohou být přesnější a dokonce i jednodušší.

Snižování energetické náročnosti procesů

Vedoucí práce: doc. Ing. Vojtěch Turek, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Jednou z možností, jak v průmyslovém procesu uspořit významné množství energie, je užití vhodného systému výměny tepla. Namísto ohřevu a chlazení procesních proudů pomocí externích zdrojů je tedy pomocí zmíněného systému teplo z horkých proudů, které potřebujeme ochladit, předáváno chladným proudům, které je naopak nutné ohřát. Návrh systému výměny tepla (tedy zjištění, jak horké a chladné proudy vhodně „propojit“) je v dnešní době v naprosté většině případů prováděn pomocí specializovaných softwarů. Může přitom jít jak o komerčně dostupné softwarové balíky, tak o jednoúčelové softwary vyvíjené na míru konkrétním procesům či zařízením.

Význam řešené problematiky:

Snižování energetické náročnosti procesů úzce souvisí se dvěma důležitými environmentálními faktory: klesající dostupností fosilních paliv a obecnou snahou omezovat spotřebu takových paliv s ohledem na nutnou minimalizaci produkce emisí skleníkových plynů a dalších znečišťujících látek. Zmíněná problematika se přitom týká nejen návrhu nových systémů a zařízení, ale také úprav stávajících celků či aparátů za účelem snížení provozních nákladů či dodržení zpřísňujících se emisních limitů.

Cíle, kterých má být dosaženo:

V rámci tématu si můžete dle svých preferencí zvolit ze tří možných zaměření, která jsou uvedena níže. Pokud vás některé z uvedených zaměření láká, kontaktujte vedoucího práce, který vám poskytne bližší informace a po diskusi s vámi upřesní náplň a cíle bakalářské práce.

Zaměření 1: Snížení energetické náročnosti procesu úpravou systému výměny tepla
Zaměření 2: Snížení chyby při výpočtu středního logaritmického teplotního rozdílu
Zaměření 3: Fyzikální vlastnosti vybraných pracovních látek

Zajímavosti:

Ekonomický přínos vhodně provedeného návrhu či úpravy systému výměny tepla může u větších průmyslových procesů snadno dosáhnout desetitisíců až statisíců USD ročně. V simulačních výpočtech je však nutné užívat vhodné vztahy pro fyzikální vlastnosti pracovních látek apod., jinak hrozí, že získané výsledky budou zatíženy nezanedbatelnou chybou.

Snižování emisí CO2 v cementárně

Vedoucí práce: Ing. Jiří Vondál, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Výroba cementu patří k energeticky náročným procesům, u kterých není možné se vyhnout vzniku CO2. Vzhledem k evropské vizi o bezemisních provozech bude potřeba nasadit nové technologie, které umožní snížení či případnou eliminaci vzniku CO2. Cílem práce bude provést rešerši mezi dostupnými metodami předcházení vzniku CO2 a v případě vzniku k jeho následnému odstraňování ze spalin a dalšímu přepracování, nebo ukládání. Studovány budou existující příklady ze světa a návrh možné implementace na cementárny v ČR.

Cíle, kterých má být dosaženo:

Provést rešerši v oblasti předcházení vzniku CO2 při spalování
Provést rešerši na možnosti odstraňování CO2 ze spalin
Popsat možné způsoby dalšího nakládání se zachyceným CO2

Zajímavosti:

Cementárny jsou zodpovědné za cca 5 % světové produkce CO2. Zásadním sledovaným parametrem je energetická náročnost a množství vyprodukovaného CO2 na tunu vyrobeného cementu. Emise vznikající ze spalování biomasy se nepočítají do celkových emisí a není nutné je zohledňovat při nákupu emisních povolenek.

Softwarové modelování a simulace

TÉMATICKÝ OKRUH

Možnosti využití open source simulačního softwaru DWSIM

Vedoucí práce: Ing. Bohuslav Kilkovský, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Student se formou zpracování daného tématu seznámí s open source simulačním softwarem DWSIM. Úkolem práce je zjistit jeho stávající možnosti využití při běžné práci procesního inženýra. Simulační výpočty jsou obvyklý nástroj při návrhu procesních jednotek. K usnadnění práce se využívají simulační softwary. Placené simulační softwary jsou ovšem velmi drahé a mnoha projekčním kancelářím se jejich nákup nevyplatí. V současné době je však velmi dobrá alternativa ve formě open source simulačního softwaru DWSIM. Práce by tak měla sloužit při rozhodování, zda je možné tento software při běžné práci používat.

Význam řešené problematiky:

Při práci procesního inženýra se velmi často můžeme setkat s tím, že si projektant vytváří vlastní výpočty v tabulkovém procesoru Excel. Jedním z důvodů, proč tomu tak je, je cena za licenci profesionálního softwaru, zejména je řeč o simulačních softwarech. Takovýto postup může být velmi zdlouhavý, zejména pokud se jedná o větší procesní jednotku. V současnosti je však dostupná a velmi dobře použitelná alternativa ve formě open source simulačního softwaru DWSIM, pomocí kterého je možné tyto jednotky modelovat. Tento software je pravidelně několikrát ročně aktualizován a neustále jsou rozšiřovány i jeho možnosti. Není tak nutné vynakládat velké finanční částky na placený software nebo si vytvářet vlastní výpočty, které většinou nereflektují dostatečně změnu fyzikálních vlastností s tlakem a teplotou.

Cíle, kterých má být dosaženo:

Seznámit se s možnostmi open source simulačního softwaru DWSIM.
Popsat ovládání softwaru DWSIM.základních typů výměníků tepla.
Ukázat použitelnost na základních úlohách procesního inženýrství.
Srovnat s možnostmi placeného simulačního softwaru.

Zajímavosti

Open source simulační software DWSIM je pravidelně několikrát ročně aktualizován a neustále jsou rozšiřovány jeho možnosti. V současné době umožňuje dokonce řešit i dynamické úlohy. Je ho rovněž možné rozšířit i o placené databáze vlastností látek, pokročilejší termodynamické modely a další moduly. Ovšem i v základní neplacené variantě je plně dostačující pro řadu úloh, se kterými se běžný procesní inženýr setkává.

Moderní metody modelování proudění tekutin

Vedoucí práce: doc. Ing. Vojtěch Turek, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Virtuální prototypování, tedy proces, při kterém jsou navrhované produkty modelovány a různě testovány pomocí virtuálních experimentů prováděných na počítačích, je dnes nedílnou součástí návrhového procesu. Oproti klasickému testování fyzických prototypů se tak totiž celý návrhový proces výrazně zrychlí a zlevní. Navíc jsme schopni získat mnohem komplexnější obraz toho, co se v daném aparátu děje. Jedním z klíčových nástrojů přitom zde je výpočtová dynamika tekutin (Computational Fluid Dynamics, CFD), pomocí které lze simulovat širokou škálu fyzikálních jevů – mimo jiné také proudění tekutin a přenos tepla.

Význam řešené problematiky:

Znalost skutečného charakteru proudění tekutin uvnitř zařízení (typicky těch průmyslových na výměnu tepla) je z pohledu spolehlivosti klíčová. Umožňuje totiž provozovateli předvídat případné nestandardní stavy – například deformace či jiné mechanické poškozování částí zařízení, usazování nečistot z procesních proudů na vnitřních površích a podobně. Toto platí jak při návrhu nových zařízení, kdy jsou potenciálně problematická provedení rovnou zavržena jako nevhodná, tak při analýzách již existujících aparátů, u kterých jsou zjišťovány příčiny provozních potíží a jsou prováděna odpovídající nápravná opatření tak, aby ke zmíněným potížím již nedocházelo.

Cíle, kterých má být dosaženo

V rámci tématu si můžete dle svých preferencí zvolit ze dvou možných zaměření, která jsou uvedena níže. Pokud vás některé z uvedených zaměření láká, kontaktujte vedoucího práce, který vám poskytne bližší informace a po diskusi s vámi upřesní náplň a cíle bakalářské práce.

Zaměření 1: Automatizovaná tvorba výpočetních sítí
Zaměření 2: Proudění tekutin v T-kusech

Zajímavosti:

Dobře známé vizualizace proudnic z CFD simulací aerodynamiky letadel či automobilů jsou jen špičkou ledovce, jelikož v dnešní době se simulační softwary založené na CFD využívají například i při návrhu kuchyňských spotřebičů.

Analýza proudění tekutin v procesních zařízeních pomocí virtuálního experimentu

Vedoucí práce: Ing. Tomáš Juřena, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Hlavní náplní práce budou simulace proudění tekutin jedním vybraným tvarovým prvkem v procesních zařízeních, jako jsou nízkoemisní hořák (prvkem je typicky clona na primárním spalovacím stupni, tryska hořáku), armatury a části potrubních tras (např. záklopka ventilu, obtoková větev). Simulace se budou provádět pomocí profesionálního software Ansys Fluent.

Význam řešené problematiky:

Inovace stávajících výrobků jsou jednou z hlavních cest pro udržení konkurenceschopnosti výrobců. Simulační výpočty proudění jsou nástrojem pro analýzu stávající konstrukce průmyslových zařízení a umožňují detailní posouzení nových řešení. Při analýze proudění tvarovými prvky se typicky jedná o určení ztrátových součinitelů a následnou optimalizaci prvku z hlediska tlakových ztrát.

Cíle, kterých má být dosaženo:

Popis funkce tvarového prvku
Tvorba geometrie a výpočtové sítě pro simulaci proudění tvarovým prvkem
Simulace proudění pro různé provozní podmínky
Vyhodnocení simulací a interpretace výsledků z pohledu funkce a případné optimalizace prvku

Zajímavosti:

Zmíněné příklady tvarových prvků byly (a některé i nadále jsou) předmětem spolupráce s průmyslovou sférou (např. společnosti PBS, DAKO-CZ, IMI CCI). Výběr však není těmito prvky omezen. Finální zadání práce bude formulováno na základě výběru konkrétního tvarového prvku dle společné domluvy s vedoucím práce. Na téma lze dále navázat v rámci diplomové práce.

Modelování proudění tryskami nízkoemisního hořáku

Vedoucí práce: Ing. Tomáš Juřena, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Hlavní náplní práce bude analýza proudění plynného paliva tryskami sekundárního stupně nízkoemisního hořáku s využitím CFD modelování. Především půjde o srovnání konvenční trysky s tryskami se speciálními geometrickými úpravami jednak z hlediska účinnosti přeměny tlakové energie na kinetickou při proudění tryskami, tak i z hlediska chování proudění za výstupem z trysky. Simulace budou prováděny s použitím profesionálního software Ansys Fluent (předchozí znalost práce není podmínkou, vedoucí práce poskytne rychlokurz základů CFD modelování).

Význam řešené problematiky:

Tvar trysek, dimenzování, umístění, jejich počet jsou důležité parametry, které je třeba zohlednit při návrhu hořáku. Významně ovlivňují spalovací proces z hlediska mísení paliva s okysličovadlem, hrají důležitou roli při potlačování emisí škodlivých látek a v neposlední řadě mají vliv i na ekonomiku provozu hořáku.

Cíle, kterých má být dosaženo:

1) Rešeršní část – stručný úvod do problematiky s důrazem na vliv parametrů trysek na funkci hořáku.

2) Praktická část – tvorba CFD modelů trysek, provedení výpočtů a vyhodnocení včetně diskuse a závěrů

Zajímavosti:

Téma práce souvisí s dlouhodobě prováděným výzkumem nízkoemisních hořáků ve spolupráci s průmyslovou sférou. Pro bližší informace neváhejte kontaktovat vedoucího práce.

Výroba vodíku pro využití v energetice

Vedoucí práce: Ing. Jiří Vondál, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Práce je vhodná pro uchazeče, který se zajímá o nové trendy v alternativních zdrojích energie a zároveň má zájem se naučit využívat moderní výpočetní a simulační nástroje.

Význam řešené problematiky

Velcí producenti emisí jsou nuceni se poohlížet po nových způsobech, jak snížit emise CO2. Jedním ze způsobů je náhrada stávajících uhlíkových paliv za vodík. Takováto náhrada sebou však přináší celou řadu problémů a úskalí, které bude potřeba vyřešit. Cílem práce bude zmapovat dosavadní poznatky pro výrobu vodíku. Zaměření bude cílit především na propojení výroby a obnovitelných zdrojů energie a naplnění požadavků energeticky náročných procesů.

Cíle, kterých má být dosaženo:

Provést rešerši v oblasti výroby vodíku
Určit a popsat potřebné kapacity pro dostatečnou výrobu vodíku pro oblast výroby cementu
Popsat úskalí a potenciál nasazení vodíku v průmyslových procesech

Zajímavosti:

Vodík (120 MJ/kg) má výrazně vyšší výhřevnost oproti metanu (50 MJ/kg) při vztažení na 1 kg, ale při vztažení na 1 m3 má vodík (10 MJ/m3) naopak výhřevnost výrazně nižší oproti metanu (34 MJ/m3).

Doprava tuhých alternativních paliv v cementárnách

Vedoucí práce: Ing. Jiří Vondál, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Výroba cementu patří k energeticky náročným procesům. Vzhledem k současné legislativě a ke snižování použití neobnovitelných fosilních paliv je trendem využívat co nejvíce tuhých alternativních paliv. Tato paliva však mají svá specifika vzhledem k jejich skladování a dopravě ze zásobníku do hořáku. Důležité je nejen dopravované množství paliva, ale především jeho rovnoměrnost a dobrá škálovatelnost pro široký rozsah dopravovaného množství.

Cíle, kterých má být dosaženo:

Provést rešerši v oblasti dopravy tuhých alternativních paliv
Popsat fyzikální chování částic v proudu vzduchu
Zhodnotit možnosti numerických simulací popisovat chování částic paliva v proudu vzduchu

Zajímavosti:

V současné době je v ČR využíváno v cementárnách jako zdroj energie až 80 % alternativních paliv, čímž se podařilo nahradit velké množství neobnovitelných fosilních paliv. Cementárny dále pracují na navýšení tohoto množství především z ekonomických důvodů.

Experimenty v procesním průmyslu

TÉMATICKÝ OKRUH

Aplikace 3D tisku v procesním inženýrství

Vedoucí práce: Ing. Dominika Babička Fialová, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Práce se zabývá využitím dílů vyrobených 3D tiskem v procesních zařízeních. Pozornost je upřena především na posouzení efektivního využití 3D tisku pro úpravu toku pracovních látek v zařízeních na výměnu tepla. Základní aktuálně nabízená témata, na něž může být práce zaměřena, jsou uvedena níže v odstavci „Cíle, kterých má být dosaženo“ a umožňují zpracovat jak rešeršní práci, tak i práci zaměřenou prakticky na modelování nebo experimenty s aditivně vyrobenými prototypy. Konkrétní zaměření a charakter práce lze tedy přizpůsobit podle vlastní preference studenta. Pokud máte zájem zpracovat práci z nabízené oblasti, kontaktujte vedoucí práce pro individuální výběr svého tématu.

Význam řešené problematiky:

Díky optimálnímu tvaru distribučního systému uvnitř výměníků tepla lze zefektivnit jejich provoz, což se pojí nejen se snížením spotřeby primárních zdrojů, ale i s využitím odpadních proudů a rekuperací odpadního tepla. Nové výrobní technologie rozšiřují oblasti aplikace výměníků tepla díky možnému přizpůsobení geometrie na míru dostupnému prostoru a podmínkám. Zároveň je zde řada otázek, které je nezbytné vyřešit pro skutečně efektivní přenos tepla a úsporný provoz zařízení. Klíčové pro posouzení nového výměníku tepla jsou pak v neposlední řadě i dopady jeho provozování na životní prostředí.

Cíle, kterých má být dosaženo:

Téma 1: Efektivní metody úpravy toku v procesních a energetických zařízeních
Téma 2: Vliv tvaru hlavní komory na funkci distributoru v procesních a energetických zařízeních
Téma 3: Posouzení funkčnosti aditivně vyrobeného distribučního systému
Téma 4: Srovnání různých přístupů CFD modelování proudění v distribučních systémech
Téma 5: Experimentální ověření predikce tlakových ztrát v distribučním systému
Téma 6: 3D struktury a jejich vlastnosti z hlediska proudění a přenosu tepla

Zajímavosti:

V rámci studia a tvorby závěrečné práce se můžete zapojit do vývoje tvarových prvků pro úpravu toku pracovních látek v zařízeních na výměnu tepla. 

Každé z témat je vhodné pro bakalářskou práci, později lze navázat také rozšířením úlohy v rámci diplomové práce. 

Činnosti spojené s návrhem zařízení pro efektivní nakládání s tepelnou energií lze využít nejen v navazujícím studiu, ale i v samotném profesním uplatnění v oblasti procesního a energetického průmyslu.

Termické solární kolektory pro procesní průmysl

Vedoucí práce: Ing. Dominika Babička Fialová, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Práce se zabývá zefektivněním trubkových solárních kolektorů, které mohou sloužit k ohřevu vody či vzduchu. Následně lze ohřátou pracovní látku využít v řadě aplikací nejen procesního průmyslu (od podpory vytápění teplou vodou po sušení zemědělských produktů), ale i v „domácích podmínkách“. Pozornost je upřena především na posouzení různých prvků pro úpravu toku pracovních látek v zařízeních na výměnu tepla. Základní aktuálně nabízená témata, na něž může být práce zaměřena, jsou uvedena níže v odstavci „Cíle, kterých má být dosaženo“ a umožňují zpracovat rešeršní práci i práci zaměřenou prakticky na modelování nebo experimenty v laboratořích ÚPI. Konkrétní zaměření a charakter práce lze tedy přizpůsobit podle vlastní preference studenta. Pokud máte zájem zpracovat práci z nabízené oblasti, kontaktujte vedoucí práce pro individuální výběr svého tématu. 

Význam řešené problematiky:

Neustálý tlak na snižování energetické spotřeby zvyšuje nároky na úspornost a efektivitu zařízení ve všech odvětvích průmyslu. S tímto se pojí také snaha o vyšší a lepší využití obnovitelných zdrojů energie. Díky optimálnímu tvaru distribučního systému uvnitř termických solárních kolektorů lze zefektivnit jejich funkci, lépe využít obnovitelné zdroje energie či snížit provozní náklady spojené s nezbytnými čerpadly a ventilátory. V konečném důsledku tak lze skrze malé změny významně snížit dopady na životní prostředí u celého provozu.

Cíle, kterých má být dosaženo:

Téma 1: Metody úpravy toku v termických solárních kolektorech a jejich dopad na přenos tepla
Téma 2: Vliv tvaru hlavní komory na přenos tepla a proudění v termických solárních kolektorech
Téma 3: Optimalizace provedení vestavby do distribučního systému
Téma 4: Návrh termického solárního kolektoru pro sušení zemědělských produktů

Zajímavosti:

V rámci studia a přípravy závěrečné práce se můžete zapojit do vývoje tvarových prvků pro úpravu toku pracovních látek v zařízeních na výměnu tepla. 

Každé z témat je vhodné jak pro bakalářskou práci, tak i pro diplomové práce. 

Termická sanitace osiv zemědělských plodin

Vedoucí práce: Ing. Tomáš Juřena, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Téma práce souvisí s hledáním optimálních podmínek tzv. termického ošetření semínek osiv, při němž dochází k účinné likvidaci patogenů na jejich povrchu (jako např. plísně) a zároveň není významně narušena klíčivost (tedy osivo je po ošetření schopno vyklíčit). Téma lze zaměřit jak výpočtově, tak experimentálně (viz „Cíle, kterých má být dosaženo“).

Význam řešené problematiky:

V duchu ekologického zemědělství se jeví ošetření osiv fyzikálními procesy jako perspektivní alternativa k současně hojně používanému chemickému moření. Existuje rozumný předpoklad, že zařízení fungující na principu termického zpracování podpoří diverzitu pěstovaných plodin. I v konvenčním zemědělství je totiž zaznamenán nedostatek účinných chemických látek pro sanitaci. V osevních postupech tak jsou málo zastoupeny plodiny s nižším výnosem, s vyšší náchylností k houbovým chorobám a ty, u nichž dobrá sklizeň výrazně závisí na průběhu počasí. Sanitace fyzikálními procesy by tak mohla umožnit zvýšení podílu zastoupení plodin, jako jsou např. luskoviny. Při návrhu zařízení pro termickou sanitaci se uplatňují jak experimentální metody, tak počítačové simulace.

Cíle, kterých má být dosaženo:

Dle preferencí lze vybrat jedno z následujících zaměření. Pro bližší informace neváhejte kontaktovat vedoucího práce.

Zaměření 1) Modelování ohřevu a chladnutí semínek zemědělských osiv při termické sanitaci

Zaměření 2) Analýza termické sanitace metodami plánovaného experimentu

Zajímavosti:

Téma práce souvisí s aktuálně řešeným projektem aplikovaného výzkumu ve spolupráci s Výzkumným ústavem pícnařským (VÚPT, Troubsko) a předním českým producentem osiv Seed Service (Vysoké Mýto).

Technologie míchání pro farmaceutický průmysl

Vedoucí práce: Ing. Jiří Vondál, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Práce je vhodná pro uchazeče, který se zajímá o nové trendy a pokročilé technologie pro míchání sypkých hmot, což má široké využití například pro farmaceutický průmysl.

Význam řešené problematiky

Míchací procesy jsou zásadním prvkem při výrobě celé řady výrobků od léčiv ve farmacii, přes chemickou výrobu až po výrobu stavebních hmot. Často mají zásadní vliv na kvalitu výsledného produktu a energetickou spotřeb výroby. Zároveň se jedná o časově náročný proces, který zásadně prodlužuje proces výroby.

Cíle, kterých má být dosaženo:

Provést rešerši v oblasti hodnocení míchacích procesů
Provést rešerši v oblasti využívaných míchacích nádob
Připravit postup výpočtu pro hodnocení úrovně promíchání jak z reálných vzorků, tak i ze simulací

Zajímavosti:

V Dánsku má momentálně farmaceutická společnost Novo Nordisk větší hodnotu, než je HDP celé země. Toto ilustruje význam farmaceutické výroby v dnešním světě. Úspěšná výroba léků je samozřejmě důležitá součást celého procesu a míchání sypkých hmot je nedílnou součástí.

← zpět na témata BP