Master's Thesis

Flexible structure development for efficient heat transfer

Final Thesis 4.84 MB

Author of thesis: Ing. Jakub Černoch

Acad. year: 2019/2020

Supervisor: Ing. Jakub Mašek, Ph.D.

Reviewer: Ing. Václav Lazar, Ph.D.

Abstract:

The master’s thesis deals with theoretical calculations and design of a structure for heat transfer, which is part of a Miniaturized Heat Switch according to the specified requirements of the European Space Agency.
The basic parameters are low weight and high thermal conductivity. The work follows the switch designed by Arescosmo, which did not meet the requirements, especially in the area of weight and thermal conductivity.
Using theoretical calculations of weight and thermal conductivity, 49 variants were verified in 3 basic concepts – Mechanical contact structure, flexible structure composed of wires and foil structure.
In terms of thermal conductivity, the best structures are those based on the use of metal stocking and sleeving braids. Manufacturing technologies have also been proposed from available sources that could be used to produce these structures.
To meet the requirements, in the next phase of the project it will be necessary to produce experimental samples on which the theoretical calculations and selected technologies will be verified.

Keywords:

Miniaturized heat switch, Thermal conductivity, Space, ESA, copper shielding braids, aluminium shielding braids, aluminium foil, copper foil, carbon materials, graphene, copper textile braid

Date of defence

20.07.2020

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student vysvětlil pojem "cold welding" z otázky oponenta a poznamental možné způsoby předcházení tomuto jevu. Student vysvětlil možnosti zvýšení kontaktní vodivosti pomocí dodatečného materiálu v kontakční ploše, teplovodivé pasty a povlakování. Otázka: Uvažoval jste ochranu před vlivy radiace v kosmu? Odpověď: Byly použity materiály schválené (odzkoušené) pro použití v kosmu. Otázka ohledně technologičnosti předložených návrhů. Odpověď: Uvažováno bylo elektronové svařování konzultované na Akademii věd. Otázka ohledně přínosu tématu DP. Odpověď: Cílem bylo dosažení nízké hmotnosti a řešení nízké tepelné vodivosti.

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Mechanical Engineering (M2I-P)

Field of study

Aircraft Design (M-STL)

Composition of Committee

doc. Ing. Jiří Hlinka, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Ivo Jebáček, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Josef Klement, CSc. (člen)
doc. Ing. Vladimír Daněk, CSc. (člen)
doc. Ing. Ladislav Janíček, Ph.D., MBA, LL.M. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jakub Mašek, Ph.D.

V rámci zpracování diplomové práce se student zapojil do řešení problematiky přenosu tepla v komponentě s proměnnou stavební výškou při vývoji kosmického zařízení. Zhodnotil požadavky ECSS standardů pro návrhy konstrukční dílů v kosmickém průmyslu a navrhl tři odlišné koncepty řešení problému. Velmi dobře zpracovaná je analytická metodika výpočtů, kterou si student vytvořil pro každý koncept a citlivostní analýza nejdůležitějších parametrů. Z každého konceptu jsou pak vybrány nejlepší návrhy pro celkové hodnocení. Student si počínal velmi iniciativně a v závěru práce prezentuje správné a vysoce kvalitní výsledky. V teoretické části však trochu chybí rešerše řešení podobného problému přenosu tepla z literatury jako podklad a reference pro prezentované koncepční návrhy. Hodnotím A, výborně.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky 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 B
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu C
Display more

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Václav Lazar, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá návrhem a výběrem vhodné tepelně-vodivé struktury pro vyvíjený kosmický tepelný spínač. V úvodu se diplomant věnuje popisu dosavadního řešení flexibilní struktury na poskytnutém testovacím vzorku spínače. Jasně definuje její nedostatky a následně prezentuje tři koncepční návrhy možného vylepšení. Teoretická část dále navazuje studiem příhodných kosmických standardů, výběrem vhodných materiálů a použitelných technologií. Celá rešerše pak velmi dobře slouží jako kvalitní poklad pro zbytek práce.

Navrhované řešení flexibilních struktur pro vedení tepla je možno rozdělit na tři hlavní koncepty popsané v kapitolách 9 až 11. Každý z těchto konceptů je doplněn několika variantami, pro které jsou vypočítány zásadní parametry jako tepelná vodivost struktury, hmotnost a potřebná plocha. Jednotlivé varianty koncepčních řešení jsou porovnávány mezi sebou a dále komentovány z perspektivy předem stanovených požadavků vyplývajících z rešeršní části. V závěru diplomant vybírá nejlepší variantu na základě kvalitativního srovnání dílčích návrhů a provedl rozvahu nad možnými navazujícími činnostmi v dané oblasti. Použité výpočty i metody jsou adekvátní k zhodnocení návrhů.

Práce je psána v angličtině na velmi dobré úrovni. Srozumitelnost je obecně dobrá, četnost překlepů je v daném rozsahu zanedbatelná. Po formální stránce je práce v pořádku.

Diplomant splnil veškeré cíle práce a prokázal přehled jak v oblasti konstrukční, tak flexibilních struktur. Dosažené výsledky zvládl vhodně zhodnotit a prezentovat. Práce je navíc vysoce aktuální díky návaznosti na řešený projekt vývoje tepelného spínače. Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky 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 B
Topics for thesis defence:
  1. Jedním z navrhovaných konceptů je mechanická struktura pro přenos tepla. Můžete krátce zhodnotit riziko takzvaného „cold welding“ způsobeného potenciálním vystavením spínače s touto strukturou v kosmických podmínkách?
  2. Jaký způsob snížení tepelně přechodového odporu by bylo možno použít pro zlepšení přenosu tepla v případě navrhovaných mechanických struktur?
Display more

Grade proposed by reviewer: A