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. Analýza proudění v potrubí kruhového i nekruhového průřezu metodou využívající rozložení hustoty vířivosti po průřezu.

   Proudění nestlačitelné kapaliny lze řešit pomocí rozložení hustoty vířivosti v proudu kapaliny. Na odboru Fluidního inženýrství byly nalezeny nové analytické vztahy pro tvar rychlostního profilu v potrubí kruhového průřezu a mezi dvěma rovnoběžnými deskami. Tyto vztahy pro jsou využitelné jak pro laminární, tak i pro turbulentní proudění. Ve vztazích se vyskytuje exponent, který je závislý na Reynoldsově čísle, tlakovém spádu a průtoku. Náplní práce je - ověřit nově odvozený vztah pro rychlostní profil v potrubí kruhového průřezu, - rozšířit ho na potrubí nekruhového průřezu, - zjistit vliv drsnosti a smáčivosti na uvedený vztah.

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

2. Destratifikace vodních nádrží

   Vodní nádrže v letním období obsahují málo kyslíku. Jeho úbytek má zásadní vliv na rozmnožování mikroorganismů, zejména sinic. Tomu jevu lze úspěšně čelit mícháním vody o vysokém obsahu kyslíku u hladiny s vodou v blízkosti dna. Náplní studia bude optimalizace hydraulického míchání, využitím čerpadel a specielních trysek k tomuto účelu vyvinutých. Princip bude založen na výpočtovém modelování a experimentu zaměřeném na modelový výzkum. Studium bude podporováno připravovaným projektem MPO.

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

3. Diskové ztráty odstředivých čerpadel a vodních turbín

   Diskové ztráty představují významnou část celkových hydraulických ztrát především u pomaloběžných hydraulických strojů. Cílem dizertační práce je analytický rozbor vzniku diskových ztrát a studium vlivu tvaru spáry mezi disky rotoru a statoru na jejich velikost s využitím experimentálního a výpočtového modelování.

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

4. Hybridní čerpadlo

   Čerpadlo využívá dvou principů, odstředivého a vířivého. Předmětem studia je optimalizace vlastností těchto dvou principů, zejména pro čerpadla nízkých rychloběžností.

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

5. Inducer před oběžným kolem odstředivého čerpadla.

   Inducer před oběžným kolem se používá pro zvýšení kavitační odolnosti odstředivého čerpadla. Disertační práce by se zabývala zlepšením hydraulického návrhu této části před oběžným kolem.

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

6. Modální dekompozice rychlostního a tlakového pole

   Rozklad rychlostního a tlakového pole do vlastních módů představuje nový pohled na proudící tekutinu. V rámci dizertační práce budou metody pro dekompozici aplikovány především na zavířená proudění, např. vírový cop v sací troubě vodní turbíny.

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

7. Návrh trysky na principu ejektoru pro chlazení

   Předmětem doktorského studia bude návrh specielní trysky s možností přisávání vzduchu.Řešení bude založeno na výpočtovém modelování dvoufázového proudění v trysce a stanovení součinitele přestupu tepla při chlazení plechu.Tryska bude řešena s ohledem na využití při chlazení válců při válcování plechů a při chlazení nástrojů při obrábění.Vyřešením problému se očekává vyšší účinnost chlazení a nižší spotřeba chladícího média.Studium bude podporováno projektem MPO.

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

8. Optimalizace spirály odstředivého čerpadla.

   Spirála odstředivého čerpadla je část čerpadla, která se výrazně podílí na celkové charakteristice stroje. Vznikají zde disipační ztráty, radiální síla a jevy spojené s prouděním ve vnitřní části čerpadla. Minimalizace ztrát a radiální síly jinými způsoby než zatím užívanými je hlavní myšlenka tohoto tématu.

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

9. 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.

10. Stabilita kavitujícího vírového copu

    Cílem doktorského studia je výzkum stability kavitujících struktur vyvolaných rotací kapaliny. Výzkum bude probíhat na již zkonstruovaném experimentálním okruhu, kde budou zjišťovány spektrální vlastnosti kavitujícího proudění a vizualizovány kavitující struktury. Zároveň budou vytvářeny výpočtové modely založené na kavitačních modelech obsažených v CFD softwarech. V závislosti na vstupním rychlostním poli a tvaru protékané oblasti bude sledován přechod od přímého ke spirálovému vírovému copu. Studium bude probíhat souběžně s řešením grantového projektu GAČR 101/09/1715 Kavitující vírové struktury vyvolané rotací kapaliny.

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

11. Stabilita Y-Q charakteristiky odstředivého čerpadla.

    Charakteristika čerpadla je křivka měrné energie v závislosti na průtoku. Některá čerpadla vykazují nestabilní charakteristiku, což je z hlediska provozu stroje nepřípustné. Výzkum stability charakteristiky čerpadla a úpravy hydraulického řešení, které vede ke zvýšení stability, je velmi potřebné.

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

12. Stanovení dynamických sil působících na oběžné kolo hydraulického stroje.

    Při provozu hydraulických stojů působí na oběžné kolo dynamické síly které způsobují vibrace rotoru a jsou přenášeny do ložisek. Úkolem bude tyto síly experimentálně stanovit pro různě provozní stavy hydraulických strojů, bude se jednat o axiální i radiální síly.

    Školitel: Habán Vladimír, doc. Ing., Ph.D.

13. Studium disipace spirálních vírových struktur

    Spirální vírové struktury mohou být významným zdrojem disipace, tzn., že snižují účinnost lopatkových strojů. Cílem dizertace je analytický rozbor zavířeného proudění z hlediska velikosti disipovaného výkonu a verifikace za pomoci numerického modelování.

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

14. Ventil na principu vířivé turbiny

    Všechny dosavadní ventily jsou zdrojem hydraulických ztrát.Záměrem doktorského studia je návrh nového hydraulického ventilu, jehož úlohu by plnila specielní pomaloběžná turbína na vířivém principu.Návrh turbíny by vycházel z odporové charakteristiky ventilu. .Tím by se dosáhlo 50% rekuperace dodané energie.Řešení se bude opírat jak o výpočtové modelování turbulentního proudění, tak o experiment. Doktorské studium bude podporováno projektem ve spolupráci se Strojírny Brno, a.s.

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

15. Vírový cop v sací troubě vodní turbíny jako dynamický systém

    Cílem je studium dynamických vlastností a stability vírového copu v sací troubě vodní turbíny s využitím metod pro studium nelineárních systémů a teorie chaosu.

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

16. Vzájemná interakce elektromagnetických polí s tekutinou.

    Při proudění kapaliny v magnetickém poli vzniká tzv. Lorentzova síla, která ovlivňuje rychlostní profil. V neizotropním prostředí může magnetická indukce ovlivňovat i viskozitu kapaliny. V takovém případě vykazuje kapalina nenewtonovské chování. Využití této interakce el.magnetického pole s kapalinou může nalézt využití např. při konstrukci nových kluzných ložisek a ucpávek. Studium bude podporováno projektem GAČR. Potřebné experimenty budou zajišťovány společně s Ústavem výkonové elektrotechniky VUT v Brně.

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

17. Vztah mezi užitečným výkonem a disipační funkcí u bezlopatkových čerpadel a vodních turbin

    V medicínské technice se využívají disková čerpadla. Síly přenášené na kapalinu závisí na smykových napětích. Jejich hodnota je směrodatná pro degradaci krevních elementů. Proto je nutno optimalizovat hodnotu smykových napětí, vzhledem k disipaci mechanické energie. Podobný problém je i vodních turbin, kde funkci lopatek nahrazují síly, vyvolané smykovým napětím. Cílem studia je tedy optimalizace výkonu, přenášeného na kapalinu smykovými napětími, vzhledem k hodnotě disipační funkce. Projekt bude podporován specifickým výzkumem na FSI. Experimenty budou zajišťovány v laboratoři Odboru fluidního inženýrství V. Kaplana.

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

18. Ztráty při nestacionárním proudění kapalin.

    Při výpočtovém modelování ztrát při nestacionárním průtoku bývá při vypočtu ztrát použit stejný model jako při stacionárním průtoku. Tento postu z hlediska stanovení útlumu je velice nepřesný. Ztráty je možno modelovat pomocí druhé viskozity kapaliny, ale při uvažování vysoké hodnoty stacionární rychlosti by bylo vhodné tento model doplnit o její vliv.

    Školitel: Habán Vladimír, doc. Ing., Ph.D.