Laboratoř tepelných výměníků a kondenzátorů

Hlavní činností laboratoře je experimentální hodnocení přestupu tepla na teplosměnných plochách při ohřevu/ochlazování kapalin a plynů. Prioritně se zaměřujeme na hodnocení tepelných toků nestandardních geometrických konfigurací teplosměnných ploch (skrápěné výměníky, labyrintové ucpávky, kanály malých rozměrů) a na energetické aplikace výměníků tepla s fázovou změnou pracovní látky (var, kondenzace). Pro výzkumné aktivity je využíváno laboratorní zázemí specializovaných laboratoří a díky mobilní aparatuře realizujeme i měření „v terénu“.

Činnost laboratoře se odborně opírá o pestré spektrum dříve realizovaných aktivit Odboru energetického inženýrství. Jedná se především o oblasti hodnocení přestupu tepla v dílčích komponentách energetických zařízení, spojených především s vývojem absorpčních jednotek a parních kondenzátorů. Laboratoří sledovanými trendy je oblast rekuperace tepelné energie, zvyšování efektivnosti energetických zařízení snižováním teploty odcházejících spalin a kondenzací vodní páry ve spalinách i snižováním teploty odvodu tepla parních oběhů. V této oblasti je základní i aplikovaný výzkum aktuálně zaměřen především na problematiku kondenzace parní a paroplynové směsi. Za tímto účelem vznikla výzkumná zařízení, která umožňují:

  • pozorovat chování filmu kondenzátu v potrubí (charakter i rychlost),
  • experimentálně ověřit součinitele přestupu tepla na vnějším i vnitřním teplosměnném povrchu potrubí (povrch může být hladký, rádlovaný nebo hydrofobní).

V rámci experimentální činnosti je využívána inverzní identifikaci tepelných toků z lokálního měření teploty, přímé měření tepelných toků, sledování teploty nepřístupných povrchů s využitím tekutých krystalů a termovizní technika, která je s úspěchem používána již řadu let pro diagnostiku a prediktivní údržbu ve strojírenství, elektrotechnice, energetice a stavebnictví. Pro tyto účely Odbor energetického inženýrství využívá mimo několika běžných termovizních kamer také infračervenou kamerou FLIR SC 660. Kamera FLIR řady SC (scientific) umožňuje online záznam změn teplotních polí s frekvencí 30 Hz v rozlišení termogramu 640 × 420 pixelů, což zajišťuje kvalitní komplexní měření v základním výzkumu při pozorování teplotních polí zkoumaných zařízení nebo procesů i provádět měření tepelných zařízení v elektrárnách či teplárnách. Naměřená data jsou následně analyzována v rámci post processingu s využitím specializovaných programů.

Co nabízíme

  • Experimentální hodnocení tepelných toků v laboratorních podmínkách nebo v provozech.
  • Návrh a konstrukční řešení tepelných výměníků.
  • Numerické simulace přenosu tepla a teplotních polí.
  • Konzultace metodiky měření tepelných toků.

Vybavení

V rámci výzkumu a vývoje je využívána celá řada softwarů, programovacích jazyků a výpočetních stanic:

  • Modulární měřicí a řídící systém National Instruments včetně záznamu a regulace v LabVIEW.
  • Systém sběru dat Omega DAQ 56 včetně záznamu v LabVIEW.
  • Snímače teplot (termočlánky T, J, K, odporové sondy PT100), snímače tlaků, snímače průtoků plynů a kapalin, hmotnostní regulátory plynů.
  • Vyvíječ páry s přehřívákem parní / plynné směsi (až 40 kg/h a 700 °C).
  • Termovizní kamera FLIR SC660.
  • Příložný ultrazvukový průtokoměr Portaflow 330.
  • Dvoupaprskový UV - VIS spektrofotometr Metash UV-9000.
  • Oxymetr XS Instruments OXY70.

 Podrobnější informace o uvedených přístrojích naleznete v přehledu přístrojového vybavení.

Vybrané realizované projekty:

  • ComSi: Výpočtové simulace pro efektivní nízkoemisní energetiku reg. č.: CZ.02.1.01/0.0/0.0/16_026/0008392 financovaného z OP VVV, Období řešení projektu: 2018 - 2022
  • Analýza rizik blokové výměníkové stanice JE Temelín, 2021
  • BioCCS: Centrum výzkumu nízkouhlíkových technologií reg. č.: CZ.02.1.01/0.0/0.0/16_019/0000753 financovaného z OP VVV, období řešení projektu: 2018 - 2022
  • NETME Centre - Nové technologie pro strojírenství (ED0002/01/01) a NETME CENTRE PLUS (LO1202)
  • Grantová agentura České republiky 101/10/1669: Přenos tepla na skrápěných trubkových svazcích v hlubokém podtlaku

Vybrané publikace a výsledky:

  • TOMAN, F.; KRACÍK, P.; POSPÍŠIL, J. Heat transfer during condensation of water vapour in the presence of non-condensable gas in vertical tube of small diameter. Case Studies in Thermal Engineering, 2022, roč. 40, č. 12, s. 1-15. ISSN: 2214-157X.
  • KRACÍK, P.; TOMAN, F.; POSPÍŠIL, J.; KRAML, S. A Heat Exchanger with Water Vapor Condensation on the External Surface of a Vertical Pipe. ENERGIES, 2022, roč. 15, č. 15, s. 1-16. ISSN: 1996-1073.
  • TOMAN, F.; KRACÍK, P.; POSPÍŠIL, J. Influence of tube diameter and steam flow rate on heat transfer in a vertical pipe of condenser: experimental investigation of copper pipes. Chemical Engineering Transactions, 2021, roč. 88, č. 2021, s. 601-606. ISSN: 2283-9216.
  • TOMAN, F.; KRACÍK, P.; POSPÍŠIL, J.; ŠPILÁČEK, M. Comparison of water vapour condensation in vertically oriented pipes of condensers with internal and external heat rejection. Energy, 2020, roč. 208, č. 118388, s. 1-11. ISSN: 0360-5442.
  • KLIMEŠ, L.; POSPÍŠIL, J.; ŠTĚTINA, J.; KRACÍK, P. Semi-empirical balance-based computational model of air-cooled condensers with the A-frame layout. Energy, 2019, roč. 182, č. 1, s. 1013-1027. ISSN: 0360-5442.
  • KRACÍK, P.; BALÁŠ, M.; LISÝ, M.; POSPÍŠIL, J. Experimental Verification of Impact of Sprinkled Area Length on Heat Exchange Coefficient. Advances in Materials Science and Engineering, 2019, roč. 2019, č. 1, s. 1-7. ISSN: 1687-8434.
  • POSPÍŠIL, J.; KRACÍK, P.; ŠTĚTINA, J.; KLIMEŠ, L. Model vzduchem chlazeného kondenzátoru, Souhrnná výzkumná zpráva, 2016.
  • KRACÍK, P.; POSPÍŠIL, J. Influence of Underpressure on Heat Transfer And Temperature Field at Sprinkled Tube Bundle. Applied Mechanics and Materials, 2016, č. 832, s. 200-206. ISSN: 1662-7482.
  • KRACÍK, P.; BALÁŠ, M.; LISÝ, M.; POSPÍŠIL, J. Effect of size sprinkled heat exchange surface on developing boiling. Advances in Mechanical Engineering, 2016, roč. 8, č. 6, s. 1-7. ISSN: 1687-8132.
  • TOMAN, F.; KRACÍK, P.; POSPÍŠIL, J.: Tlakové zařízení pro hodnocení vlivů na proudění kapalného filmu na vnitřní stěně trubky. Fakulta strojního inženýrství, VUT v Brně, Technická 2896/2, 616 69 Brno, Budova C3/314 (funkční vzorek).
  • POSPÍŠIL, J.; KRACÍK, P.; ŠNAJDÁREK, L.: Podtlaková zkušební komora pro hodnocení přestupu tepla na skrápěných trubkových svazcích v hlubokém podtlaku. Fakulta strojního inženýrství VUT, Technická 2896/2, 616 69 Brno, Budova C3/213 (funkční vzorek).

Vybrané diplomové a bakalářské práce

Do realizaci výzkumných a vývojových aktivit zapojujeme i studenty bakalářského a magisterského studia, kterým zázemí laboratoře umožňuje získat celou řadu praktických poznatků využitelných při zpracování závěrečné práce.

  • JURÁŠ, F. Kondenzátor páry. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2017. 76 s. Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D.
  • BOCHNÍČEK, O. Vzduchem chlazený kondenzátor. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2017. 110 s. Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D.
  • KLODA, M. Vzduchem chlazený kondenzátor. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2015. 75 s. Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D.
  • COPEK, T. Přestup tepla na skrápěném trubkovém svazku. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2014. 38 s. Vedoucí bakalářské práce Ing. Petr Kracík.
  • ZACHAR, M. Termovizní měření. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2014. 42 s. Vedoucí bakalářské práce Ing. Petr Kracík.

Kontakt

Ing. Petr Kracík, Ph.D.
Energetický ústav, FSI VUT v Brně
e-mail: kracik@fme.vutbr.cz
tel.: +420 541 142 585

O nás