diplomová práce

Teplotní profily a fluktuace teploty v turbulentní Rayleighově-Bénardově konvekci

Text práce 9.27 MB

Autor práce: Ing. Jakub Drahotský

Ak. rok: 2017/2018

Vedoucí: Ing. Pavel Urban, Ph.D.

Oponent: Dr. Marco La Mantia, Ph.D.

Abstrakt:

Tato práce popisuje výzkum zaměřený na studium vertikálních teplotních profilů a fluktuací v turbulentní Rayleighově-Bénardově konvekci. Experiment byl proveden v "Barrel of Ilmenau" obsahující válcovou experimentální celu s průměrem 7,15 m a výškou 4,7 m ("the aspect ratio" Γ = 1,5) naplněnou suchým vzduchem. Teplotní profily a fluktuace byly studovány podél vertikální osy cely mezi horní a spodní deskou spodní deskou v rozmezí Rayleighova čísla (Ra) 1E11 − 4E12. Teplotní profily byly změřeny novou metodou využívající systém s optickým vláknem Luna ODiSI-B, který byl pořízen týmem z Ilmenau. Systém umožňuje měřit teplotní profil ve všech bodech podél celého vlákna současně s prostorovým rozlišením 5 mm.

Klíčová slova:

Rayleigh-Bénardova konvekce, Barrel of Ilmenau, teplotní profily, teplotní fluktuace, Luna ODiSI-B, Optical Distributed Sensor Interrogator

Termín obhajoby

19.06.2018

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Jaká jsou okrajové podmínky experimentu, který jste prováděl? Jaký význam mají veličiny autokorelace a cross korelace a jak jsou definovány? Můžete vysvělit aproximace hustoty vzduchu v Navierově-Stokesově rovnici, které používáte?

Jazyk práce

angličtina

Fakulta

Ústav

Studijní program

Aplikované vědy v inženýrství (M2A-P)

Studijní obor

Fyzikální inženýrství a nanotechnologie (M-FIN)

Složení komise

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Eduard Schmidt, CSc. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)

Posudek vedoucího
Ing. Pavel Urban, Ph.D.

Diplomová práce se zabývá měřením a zpracováním vertikálních teplotních profilů a fluktuací teploty uvnitř válcové experimentální cely v turbulentní Rayleighově-Bénardově konvekci (RBC) a to v oblasti mezních vrstev a turbulentního jádra RBC. Měření bylo provedeno v rámci studijní stáže autora práce na technické univerzitě v Ilmenau v Německu (TU Ilmenau), kde je provozována největší experimentální aparatura na světě pro studium RBC se vzduchem. Stěžejní částí práce je použití nové a pro uvedený typ experimentu dosud nepoužité techniky s vláknově-optickým senzorem (systém Luna ODiSi-B), která umožňuje získat záznam teplotního profilu a fluktuací teploty podél optického vlákna a to současně v celé výšce cely 4.7 m s rozlišením 5 mm.
První část autorovy stáže v TU Ilmenau v délce  jednoho měsíce byla podpořena mezinárodním projektem EuHIT (European High-performance Infrastructures in Turbulence), který sdružuje nejvýznamnější evropská pracoviště zabývající se studiem turbulentního proudění tekutin. V rámci toho projektu a s pomocí řešitelského týmu z ÚPT AV ČR v.v.i. (ÚPT), se autor seznámil s experimentální aparaturou a provedl první testovací měření teplotních profilů optickou metodou, které doplnil měřením pomocí teplotních sond Pt 100 speciálně navržených v ÚPT. Druhou fázi stáže, v délce asi pěti měsíců, autor absolvoval s podporou programu Erasmus, kde již samostatně provedl všechna měření, jehož výsledky detailně zpracoval v předložené diplomové práci. Vlastní zpracování výsledků autor prováděl v ÚPT v týmu Skupiny kryogeniky a supravodivosti.
Předběžné výsledky měření teplotních profilů a použité metody měření autor prezentoval na mezinárodní konferenci „Experimental Fluid Mechanics 2017“ s publikačním výstupem ve vědeckém časopise „EPJ Web of Conferences“ (viz. citace 12). Aktuálně byl přijat příspěvek na mezinárodní konferenci „12th European Fluid Mechanics Conference“, kde budou prezentovány již pokročilejší výsledky uvedené v této diplomové práci.
Zmíněné výstupy ukazují, že shromážděná data a poznatky popsané v předložené práci přispějí k rozšíření znalosti struktury a dynamiky turbulentní RBC.
Závěrem bych rád ocenil autorův aktivní zájem o řešenou tématiku, odpovědnost a schopnost samostatného řešení konkrétních problémů při práci s experimentální technikou i při zpracování dat v programovém prostředí Matlab.
Diplomová práce je napsána v anglickém jazyce, jasně a srozumitelně a doporučuji ji 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 výsledky a vyvozovat z nich závěry B
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
Samostatnost studenta při zpracování tématu A
Zobrazit více

Známka navržená vedoucím: A

Posudek oponenta
Dr. Marco La Mantia, Ph.D.

The work discusses the application of a new experimental technique to the study of turbulent convection and demonstrates that this technique can be potentially employed to obtain useful results, at least in the range of investigated parameters. The latter is, in my opinion, the main achievement of the thesis, which can therefore be regarded as a comprehensive feasibility study.
As it is clearly stated in the work, the obtained results are yet to be fully understood - see, for example, section 3.4 - but, at the same time, it is remarkable that measurements were successfully performed.
Last but not least, the work content can be clearly understood, despite few language mistakes.
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. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
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 A
Otázky k obhajobě:
  1. The student should clearly state his contribution to the work, which is not apparent from the thesis. For example, what was his actual involvement in the experiment preparation? Did he took all the measurements? Did he process all the obtained data by himself? The student could be asked to discuss how to improve the measurement system calibration, see sections 3.3.2 and 3.3.3 of the thesis. A more general question could be to address the relation between the studied simplified system (RBC) and turbulent convection occurring in nature. For example, does the Earth rotation affect heat transport mechanisms in the atmosphere? Can this effect be taken into account in a RBC system?
Zobrazit více

Známka navržená oponentem: A