Témata bakalářských prací vypsaných na OFI

Na této stránce naleznete přehled nabízených témat bakalářských prací na Odboru fluidního inženýrství Viktora Kaplana pro ak. rok 2021 / 2022. 

  • Témata bakalářských prací budou průběžně aktualizována a doplňována.
  • Pokud budete mít zájem přihlásit se na některé z těchto témat, pak je důležité kontaktovat vedoucího bakalářské práce a domluvit se s ním na dalším postupu. 
  • Budete-li mít zájem zpracovat nějaké vlastní téma, které spadá do našeho oboru, pak neváhejte kontaktovat některého z akademických pracovníků, můžete se s nimi domluvit a budete mít téma bakalářské práce "šité na míru".

PODROBNĚJŠÍ INFORMACE NALEZNETE ZDE

 

Poslední aktualizace na webu proběhla 03. 09. 2021 (17:30)


Terciární stupeň úpravy vody

V čističkách odpadních vod a úpravnách vod jsou běžně používány dva stupně čištění vody – primární, mechanické čištění a sekundární, biologické čištění. Stále se zvyšující nároky na kvalitu vody vedly k zavedení dalšího stupně – terciárního dočišťování, které slouží k odstranění mikropolutantů a hygienizaci vody. Metody použité v terciárním stupni úpravy vody mohou pracovat na různých fyzikálních i chemických principech, například UV světlo, ultrafiltrace, ozonizace, reverzní osmóza a další a také mít různou vhodnost použití. Student vypracuje rešerši ve které představí různé způsoby terciárního dočišťování vody a jejich principy. Dále pak kriticky zhodnotí a porovná jejich klady, zápory a ekonomickou využitelnost.
Vedoucí bakalářské práce: Ing. Marek Balko


Využití redukovaného CFD modelu pro výuku hydromechaniky

S ohledem na narůstající zájem o problematiku digitálních dvojčat (digitální funkční model reálných strojů) se stále více využívá propojení CFD výpočtů se statistickými metodami odezvových ploch a následná tvorba redukovaného modelu. Takovýto model umožňuje rychlou analýzu vlivu jednotlivých vstupních parametrů na výsledný charakter proudění. Cílem bakalářské práce bude rešerše v oblasti odezvových ploch s uplatněním pro tvorbu redukovaných CFD modelů a digitálních dvojčat. Následně bude navržena CFD simulace jednoduché úlohy, ze které bude vytvořen redukovaný model, který bude sloužit jako podklad pro výuku předmětu hydromechanika. Na tomto modelu bude možné rychle studentům ukázat vliv vstupních parametrů proudění na rychlostní a tlakové pole.
Vedoucí bakalářské práce: Ing. Radim Burda


Systémy retence a akumulace vody a jejich aktivní využití

Velká sucha a nepravidelné záplavové srážky trápí nejen v České republice, ale i v okolních zemích zemědělce, ale i správce zelení na vesnicích a ve městech. Lokální změnu mikroklimatu řeší systémy retenčních a akumulačních nádrží a výsadba stromů a lesoparků. Rešeršní práce se bude zabývat rozborem typů retence a akumulace vody a jejich rozložení po mapě České republiky. Zhodnocení dostatečnosti a návrhu nových míst vhodných pro umístění akumulátorů a jejich síťové propojení. Následné využití v zemědělské i v průmyslové oblasti.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Simona Fialová, Ph.D.


Zavlažovací systémy a nové možnosti zavlažování

Velká sucha a nedostatek spodní vody jsou jedním z problémů dnešní doby. Současně s ekologickým řešením tohoto problému se zdůrazňuje hospodárné nakládání s dostupnou vodou. Rešeršní práce se bude zabývat rozborem typů zavlažovacích systémů a možnosti vhodné i z ekonomického hlediska použitelné zejména pro oblasti jižní Moravy s prodlužujícím se obdobím sucha ve vegetační fázi zemědělských plodin.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Simona Fialová, Ph.D.


Vliv povrchové úpravy materiálu na chování dvou nemísitelných kapalin

Moderní téma využití vlastností dvou a více nemísitelných tekutin otevírá otázky na chování těchto kapalin v souvislosti s vlastnostmi povrchu po kterém se pohybují. Podobný problém lze řešit i obtékání lodí – tedy proudění kolem překážky v atmosférickém tlaku s otevřenou hladinou. Předmětem bakalářské práce bude studium chování nemísitelných kapalin. Úkolem studenta bude provedení rešerše chování nemísitelných kapalin s ohledem na úpravu povrchu po kterém proudí nebo jsou s ním v kontaktu. Návrh, sestavení a provedení jednoduchého experimentu se dvěma nemísitelnými kapalinami.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Simona Fialová, Ph.D.


Nestability na rozhraní nemísitelných kapalin

Moderní téma využití vlastností dvou a více nemísitelných tekutin otevírá otázky na chování rozhraní těchto kapalin v souvislosti s rychlostí proudění a jejich fyzikálními vlastnostmi. Předmětem bakalářské práce bude studium chování nemísitelných kapalin. Úkolem studenta bude provedení rešerše chování nemísitelných kapalin s ohledem na volbu kapalin. Návrh, sestavení a provedení jednoduchého experimentu se dvěma nemísitelnými kapalinami k ověření chování nestabilit na jejich rozhraní.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Simona Fialová, Ph.D.


Zvláštní jevy vznikající při proudění neNewtonských kapalin

Úkolem bakalářské práce bude zkoumání jevů, které doprovázejí proudění neNewtonských kapalin. Rešerší si student získá základní informace o proudění neNewtonských kapalin a vybrané jevy v laboratorních podmínkách nasimuluje experimentálně. Úkolem bakalářské práce bude zkoumání jevů, které doprovázejí proudění neNewtonských kapalin. Návrh, sestavení a provedení jednoduchého experimentu s neNewtonskými kapalinami. Výstupem bude nejen práce rešeršně-experimentální, ale i závěrečný studijní video-materiál.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Simona Fialová, Ph.D.


Využití zpracování obrazu při měření hydraulických dějů

Při sledování jevů tykajících se pohybu tekutin je výhodné využití metodiky zpracování obrazu pro stanovení tvaru hladiny, tvaru a pohybu víru, tvaru paprsku za dýzou a podobných jevů. Metodika zpracování obrazu umožňuje z jednotlivých snímku získaných pomocí fotoaparátu, kamery, nebo vysokorychlostní kamery stanovit tvar hladiny, tvar copu apod. Cílem bakalářské práce bude rešerše zpracování obrazu sledování hydraulických nebo i mechanických jevů. Dalším cílem bude provedení experimentu a vyhodnocení experimentu pomocí metodiky zpracování obrazu.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Vladimír Habán, Ph.D.


Monitorování provozu strojů pomocí akustiky

Poruchy na strojích lze odhalit pomocí změny akustického projevu stroje. Úkolem bakalářské práce bude provedení literární rešerše sledování především hydraulických stojů. Dle možnosti a časové náročnosti bude i navržení experimentů a provedení jednoduchého vyhodnocení experimentu na zvoleném příkladu. Cílem bakalářské práce bude rešerše sledování strojů pomocí akustiky a dále provedení jednoduchého experimentu pro ověření možností akustického monitoringu.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Vladimír Habán, Ph.D.


Tokem buzené vibrace

Bakalářská práce bude zaměřena na problematiku kmitání mechanických součástí, kde tyto vibrace jsou vyvolány tokem kapalného nebo plynného media. V bakalářské práci bude provedena literární rešerše a budou navrženy vhodné učební pomůcky pro demonstraci takto vyvolaného kmitání. Cílem bakalářské práce bude rešerše sledování strojů pomocí akustiky a dále provedení jednoduchého experimentu pro ověření možností akustického monitoringu.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Vladimír Habán, Ph.D.


Proudění v tenkých spárách

V běžných turbínách i čerpadlech bývají těsnící kruhy oddělující prostory s vysokým a nízkým tlakem, mezi rotujícími a nerotujícími částmi turbíny nebo čerpala. Proudění v těchto spárách mívá významný vliv na dynamiku rotujících i nerotujících částí. Cílem bakalářské práce bude provedení literární rešerše a na jednoduchém příkladu těsnícího kruhu demonstrovat vliv vzájemného dynamického působení mezi rotorem a statorem.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Vladimír Habán, Ph.D.


Použití běžného odstředivého čerpadla jako turbíny

Většina odstředivých čerpadle jde použit v turbínovém režimu, účinnost v turbíně bývá nepatrně větší než při čerpadlové provozní stavu. Takovéto použití má ale za následek provoz pouze v jednom provozním bodě s nepatrnou možností regulace. Výhoda tohoto řešení je výrazně nižší cena hromadně vyráběných čerpadel proti speciálně vyrobené turbíně. Cílem bakalářské práce bude provedení literární rešerše a vyhodnocení jež dříve naměřených dat z nichž bude možno demonstrovat regulační možnosti čerpadla v turbínovém provozu.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Vladimír Habán, Ph.D.


Zahrádkářská čerpadla na přečerpávání dešťové vody

Na přečerpávání dešťové vody se používají různé druhy a typy čerpadel. Jedním z těchto typů jsou čerpadla poháněná vrtačkou, a to lamelová nebo vířivá čerpadla. Úkolem práce bude vypracování rešerše o zahrádkářských čerpadlech na dešťovou vodu a praktické změření charakteristik čerpadel poháněných vrtačkou. Vypracování přehledu o používaných zahrádkářských čerpadlech a praktické změření čerpadel (měrná energie, disipace energie, účinnost) čerpadel poháněných vrtačkou v laboratoři Fluidního inženýrství Viktora Kaplana, čerpadla zubového a klasického čerpadla sudového pro přečerpávání dešťové vody.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Miloslav Haluza, CSc.


Nouzové odstavení vírové násoskové turbiny

Násoskovou vírovou turbinu je možné odstavit v režimu optimálního výkonu, tedy v pracovním bodě turbiny, nebo při dosažení průběžných otáček, kdy stroj vypadne ze sítě, není brzděn a dosahuje nejvyšších otáček. Který z těchto režimů je rozhodující pro odstavení turbiny pomocí zavzdušňovacího ventilu bude předmětem této bakalářské práce. Bude proveden výpočet, který bude možno experimentálně ověřit. Práce odpoví na správné dimenzování zavzdušňovacího ventilu k bezpečnému nouzovému odstavení stroje. Nalezení velikosti průtočné plochy zavzdušňovacího ventilu násoskové turbiny pro její bezpečné odstavení při práci v návrhovém bodě nebo při dosažení průběžných otáček při výpadku sítě.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Miloslav Haluza, CSc.


Měření průtoku Parshallovým žlabem

Parshallův žlab je zařízení pro měření průtoku kapaliny, většinou používaný na čistírnách odpadních vod. Bakalářská práce bude zaměřena na teorii vodního skoku a na vlastním rozboru měření průtoku tímto systémem. Bude doplněna praktickým měřením v laboratoři Odboru fluidního inženýrství Viktora Kaplana s vyhodnocením experimentálních zkoušek. Odvození rovnic vodního skoku, aplikace teoretických poznatků na Parshallův žlab a experimentální ověření měření průtoku Parshallovým žlabem v laboratoři Odboru fluidního inženýrství Viktora Kaplana. Porovnání teorie s experimentem.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Miloslav Haluza, CSc.


Plnění prostoru vodou za savkou turbiny za použití stavidla

Savka vodní turbiny, aby správně pracovala, musí být zcela zanořena. Mohou se vyskytnout podmínky, kdy je nutné použít stavidlo ke zvýšení spodní hladiny na odtokové části savky. Tato práce se bude věnovat výpočtům spojených s průtokem a polohou stavidla za odtokovou částí savky. Cílem práce je pochopení funkce regulovaného stavidla za výstupem z prostoru savky tak, abychom při meších průtocích dosáhli s jeho pomocí plě zanořený výstupní profil savky. Může být stanovena funkce zanoření stavidla v závislosti na průtoku, vše ještě záleží na dalších parametrech, jako je sklon dna odtokové části a kvalitě povrchu v této oblasti.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Miloslav Haluza, CSc.


Proudění v rotujícím kanálu

Bakalářská práce se bude zabývat modelem rotujícího kanálu po energetické stránce, budou zjišťovány průběhy tlaků a rychlostí a změna energie po proudnici. Jedná se o jednoduchý model odstředivého čerpadla. Dosažení cílů je výpočtové modelování proudění v rotujícím kanálu, jeho analýza, nalezení průběhu tlaků a změna měrné energie kapaliny po proudnici.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Miloslav Haluza, CSc.


Analýza potrubních rozvodů pitné vody

Pitná voda je důležitá komodita, takže její příprava a doprava musí být pečlivě sledována a plánována. Jedná se zejména o způsob provozu čerpacích stanic, návrh vodojemů, sledování tlaku a ošetření kvality vody v závislosti na spotřebě koncových odběratelů. K tomu slouží polní měření a počítačové simulace potrubních systémů, které umožní rychlou analýzu různých provozních scénářů. Provést rešerši nástrojů pro numerickou simulaci proudění v potrubních systémech, podrobně popsat možnosti softwaru EPANET a navrhnout způsob získávání vstupních údajů. Provést ukázkovou simulaci jednoduššího systému rozvodu pitné vody.
Vedoucí bakalářské práce: Ing. Daniel Himr, Ph.D.


Kontrola stavu produktovodů a hledání úniků

Ropa a ropné produkty jsou strategickou surovinou. Česká Republika má dva ropovody (Družba a IKL), které mají na našem území délku stovek kilometrů. Kromě těchto ropovodů existuje víc jak tisíc kilometrů menších produktovodů. U takto velké sítě je třeba neustále hlídat její kvalitu s ohledem na možné úniky přepravované látky. Popis způsobů vedení potrubí. Rešerše metod sledování stavu potrubí (vč. výhod, nevýhod, limitů). Uvedení možných rizik týkajících se provozu produktovodu.
Vedoucí bakalářské práce: Ing. Daniel Himr, Ph.D.


Vlastnosti tekutin

Tekutiny, souhrnné označení pro kapaliny a plyny, jsou nedílnou součástí každého technologického procesu. Někdy se jedná o hlavní produkt jindy o vedlejší nebo jen doprovodnou látku. Lze uvést několik příkladů: odlévání oceli, kalení, klimatizace, ventilace, vytápění, výroba el. energie, lakování, aerodynamika atd. Ve všech případech je nezbytná znalost alespoň některých vlastností tekutiny (hustota, viskozita, tepelná kapacita, absorbance a další). Uvedení základních rovnic popisujících chování tekutin. Definice materiálových konstant. Rešerše experimentů spojených se zjišťováním vlastností tekutin. Vysvětlení podstaty materiálových konstant.
Vedoucí bakalářské práce: Ing. Daniel Himr, Ph.D.


Vodní trkač – zdroj zelené energie

Vodní ráz je v mnoha případech vnímán ryze negativně a veškerá pozornost je věnována popisu samotného děje a opatřením, která mají zabránit jeho vzniku. Vodní trkač pracuje na stejném principu, je znám od konce 18. století, a stojí v dnešní době mimo oblast zájmu a širšího povědomí. Na rozdíl od soudobých tendencí označovat většinu zařízení předponou „Eco“ nebo „CO2 neutrální“ se jedná o zelený zdroj energie. Vytvořit návrh zkušebního zařízení pro měření pracovní charakteristiky vodního trkače, provést měření a vyhodnocení, srovnat výsledky s veřejně dostupnými informacemi o provozu trkačů v praxi.
Vedoucí bakalářské práce: Ing. Martin Hudec


Bankiho turbína – reverzní inženýring

Tlak na zvýšení podílu výroby elektrické energie z obnovitelných zdrojů přináší s sebou kromě nových zdrojů a principů i renesanci těch starších, méně známých, přitom vyzkoušených a v provozu prověřených. Bankiho turbína svým rokem objevením se řadí do stejné generace jako všeobecně známá Kaplanova turbína. Metodou reverzního inženýringu provést odhad parametrů modelu Bankiho turbíny, provést kontrolu konstrukčních uzlů, navrhnout měřící trať s přidanou didaktickou hodnotou, sestavit návod k měření pro studenty a provést kontrolní měření včetně vyhodnocení.
Vedoucí bakalářské práce: Ing. Martin Hudec


Kalibrace a ověřování průtokoměrů

Průtokoměr, který neměří správně, může být zdrojem mnoha problém. V řadě aplikací bývá stanovena pevná perioda ověřování nebo kalibrace průtokoměru, bez teoretického zdůvodnění. Jednou z možností je zpětná kontrola měřící schopnosti průtokoměrů prostřednictvím nezávislé metody. Zpracovat rešerši vhodných metod pro ověřování a kalibraci průtokoměrů. Zvolit metodu, která bude rozpracována pro účely praktického využití v hydraulické laboratoři Odboru fluidního inženýrství Viktora Kaplana pro účely provozního ověření používaných průtokoměrů.
Vedoucí bakalářské práce: Ing. Martin Hudec


Automatizace ovládání zkušebního gravitačního okruhu

Hydraulickou laboratoř tvoří několik samostatný zkušebních okruhů. Většina z nich je určena pro měření bez volné hladiny. Dva okruhy jsou uzpůsobeny pro měření s volnou hladinou. Obsluha takových úloh přináší nečekaná překvapení v podobě nechtěného přelití. V softwarovém prostředí Matlab nebo LabView zpracovat model zkušebního okruhu, monitorovat jeho parametry a umožnit ruční nebo automatický režim řízení provozu.
Vedoucí bakalářské práce: Ing. Martin Hudec


Analogie v dynamice tekutin

Při studiu mechaniky tekutin si lze všimnout nápadných podobností některých rovnic a jevů s jinými fyzikálními zákony. Mezi nejznámější patří elektrohydraulická analogie aplikovatelná na obvody či podobnost vztahů popisujících proudění tekutin s Maxwellovými rovnicemi v elektromagnetismu. Jiná analogie může být zase v určité podobě použita pro znázornění a lepší pochopení gravitačního vlivu rotujících černých děr. Cílem bakalářské práce bude zejména rešerše shrnující analogie spojené s dynamikou tekutin. Doplňující experimentální část by se zaměřila na konkrétní analogický příklad (např. výtokový vír simulující černou díru). Na téma je možné navázat prací diplomovou, která by obsahovala detailnější matematicko-fyzikální popis problému doplněný numerickou simulací.
Vedoucí bakalářské práce: Ing. Jakub Illík


Pneumatické a hydraulické mikroaktuátory

Aktuátory představují běžnou součást mechatronických soustav a lze je využít ve funkci pohonné či ovládací. Hydraulické a pneumatické mikroaktuátory jsou zvláštní skupinou těchto zařízení, do které se řadí také aktuátory elektrostatické, termální či piezoelektrické. Ve srovnání s ostatními typy akuátorů nabízí pneumatické a hydraulické aktuátory často nejvyšší výkonové parametry. Bakalářská práce vytvoří ucelený přehled pneumatických a hydraulických mikroaktuátorů a definuje rovněž hlavní rovnice a kritéria z oboru mikrofluidiky. Práce studijně rešeršního charakteru shrne již existující vývoj a vytvoří podklad pro práce navazující. Zvláštní pozornost bude věnována limitům provozních parametrů a výhodám či nedostatkům ve srovnání s mikroaktuátory jiných typů. V bakalářské práci student provede rešerši pneumatických a hydraulických mikroaktuátorů, vymezí oblasti jejich použití a zmíní přednosti a nedostatky ve srovnání s jinými typy mikroaktuátorů. Ve studii také uvede a popíše základní teoretické poznatky z oboru mikrofluidiky.
Vedoucí bakalářské práce: Ing. Roman Klas, Ph.D.


Vzduchové pružiny

Bakalářská práce bude mít převážně rešeršní charakter s pasáží zahrnující úvod do praktické simulace chodu těchto zařízení. Vzduchová pružina je relativně jednoduchý konstrukční prvek, jehož oblasti použití, jednotlivé části a vlastnosti bude možné v práci dobře popsat s ohledem na konstrukci, převládající materiály a provozní parametry. Z literatury pak lze čerpat a ve studii zohlednit celou řadu přístupů, jakým způsobem k popisu chování vzduchové pružiny přistoupit a jak její chod na jednoduchém příkladu simulovat. Protože jednotlivé matematicko-fyzikální modely vykazují různou míru zjednodušení a přiblížení se experimentálním hodnotám, bude nutné stanovit podmínky, pro které jsou uvedené modely platné a vyhovující. Cílem bakalářské práce by kromě standardního popisu pružiny, jejích parametrů, vlastností a vyráběných typů měl být ucelený přehled matematicko-fyzikálních modelů a jejich rozbor. Na podkladě alespoň jednoho z možných modelů bude realizována simulace chodu pružiny pro zvolené okrajové a počáteční podmínky. Bude tak vytvořena studie převážně jednorozměrných modelů, o kterou se lze opřít v případě realizace pokročilejších modelů a simulací. Na konkrétním příkladu pak student získá základní zkušenosti s praktickou aplikací teoretických poznatků.
Vedoucí bakalářské práce: Ing. Roman Klas, Ph.D.


Studie využití hydrokinetické energie prostřednictvím vibrací indukovaných prouděním

Hydrokinetické měniče energie nacházejí v posledních letech široké uplatnění ve využívání kinetické energie typické pro ustálené toky kapaliny, jak je to obvyklé pro řeky nebo přílivy a odlivy. Bakalářská práce představuje přehledovou studii těchto měničů energie založených na technologii střídavého zdvihu. Zdvih měniče nemusí být zcela přesně periodický. Princip činnosti, a to především nelineárních oscilátorů, vychází z vibrací vybuzených proudící kapalinou. Jedná se o tzv. FIV a FIO oscilátory. Kromě problémů nelineární dynamiky je při zkoumání problému rovněž nutné vzít v úvahu interakci mezi pevnou látkou a tekutinou. Využití energie lze zlepšit úpravou vlastní frekvence oscilátoru, a to změnami hmotnosti, tuhosti nebo geometrie oscilátoru. Student zpracuje rešerši hydrokinetických měničů energie z hlediska jejich vlastností a konstrukcí a vytvoří přehled hlavních oblastí jejich využití. Zmíní především nelineární oscilátory a popíše vliv tuhosti, tlumení a hmotnosti na vlastní frekvenci. Kvalitativně posoudí možnosti odlišných geometrií oscilátorů, vzhledem k válcové konfiguraci, s ohledem na jejich očekávané vlastnosti, generování kmitů a vlastnosti proudového pole kapaliny.
Vedoucí bakalářské práce: Ing. Roman Klas, Ph.D.


Možnosti spojení rozměrově různorodých simulačních modelů v hydraulických systémech

I přes neustálé rozšiřování využití metody konečných objemů v technických simulacích proudění kapalin prostřednictvím komerčních kódů, přetrvávají aplikace, ve kterých nachází uplatnění jednodušší přístupy v řešení konkrétních úloh a problémů. Ne vždy jsou také CFD řešiče založené na metodě konečných objemů pro specifické úlohy vhodné. Objevují se potíže s konvergencí a stabilitou řešení a časovými nároky. Využití předností pokročilejších přístupů v simulaci proudění v kombinaci s jednoduššími jednorozměrnými metodami může proces simulace zefektivnit. Problematicky se však mohou jevit tyto společné úlohy po stránce fyzikální i z hlediska rozměrového měřítka a množství detailů, které jsou od hledaných parametrů očekávány. Společná hranice představuje to místo v systému, ve kterém dochází k výměně informací, a které může mít zásadní vliv na stabilitu řešení i přesnost výsledků. Na společné hranici mezi rozměrově různorodými modely může rovněž docházet k nežádoucím odrazům tlakových vln nebo zkreslení výsledků. Bakalářská práce definuje hlavní důvody, proč se multidimenzionálními modely zabývat. Budou uvedeny charakteristické potíže, které z těchto kombinovaných úloh vyplývají. V rámci literární rešerše student uvede přehled numerických schémat umožňujících propojení 3D/2D úloh s jednorozměrnými modely a zmíní jejich podstatu a vlastnosti. Tato část práce bude doplněna o přehled nejpoužívanějších prostředků a řešičů, které lze k společnému modelu hydraulického systému využít.
Vedoucí bakalářské práce: Ing. Roman Klas, Ph.D.


Metody měření hemodynamických veličin v kardiovaskulárním systému

Mezi základní veličiny při studiu proudění patří tlak a průtok. Z hlediska výpočtového modelování (CFD) je nezbytné z těchto veličin stanovit okrajové podmínky. Zejména pak v oblasti hemodynamiky je určení okrajových podmínek neodmyslitelným pilířem numerických simulací. Pomocí nich se analyzují veličiny, jejichž přímé měření je těžko proveditelné. Takovou veličinou je například smykové napětí působící na vnitřní stěnu tepny. Cílem bakalářské práce bude rešerše problematiky zabývající se metodami, které se soustředí na měření veličin in vivo. Zjištěné poznatky poslouží jako základ pro další výzkum v této oblasti, především v aplikaci okrajových podmínek na pacient-specifické modely velkých tepen rekonstruovaných z CT snímků a následné validaci jejich CFD výpočtů. Tím se také nabízí možnost navázat prací diplomovou.
Vedoucí bakalářské práce: Ing. Jiří Kohút


Metody úpravy dešťové vody na užitkovou

S narůstající poptávkou po vodě stoupá i zájem o využití vody dešťové. Ke kontaminaci dochází již v okamžiku, kdy opouští mraky, avšak ovzduší není jediným kontaminantem. Znečišťující látky mohou být chemické, mikrobiologické a fyzikální. Aby byla získána užitková či pitná voda, je nutné provést řadu úprav a zabezpečení. Tyto metody nejčastěji využívají dvou procesů, filtrace a sedimentace. Pro dosažení všech požadavků na kvalitu je taktéž nezbytné zajistit akumulační nádrž, aby nedocházelo k nevhodnému růstu mikroorganismů. Potom správnou kombinací metod je dosaženo dále použitelné vody. Cílem bakalářské práce je rešerše současných metod vhodných pro úpravu dešťové vody. Soustředěna je pozornost na kvalitu užitkové vody a na cestu k jejímu dosažení. Provést rozbor kontaminantů sesbírané vody, návrh možností pro minimalizaci znečištění, uvést a blíže rozebrat metody pro úpravu vody (zaměřit se na fyzikální děje). V závěru práce navrhnout soustavu vhodnou do urbanizované krajiny.
Vedoucí bakalářské práce: Ing. Marcela Pírková


Zpracování obrazu ze snímků kavitující trysky

Kavitace je jev, při kterém v důsledku poklesu tlaku v proudící kapalině dochází k fázové přeměně a vzniku bublin syté páry. Jejich následný kolaps je pak doprovázen mj. silnými tlakovými vlnami, namáháním obtékaného povrchu a vznikem opotřebení, tzv. kavitační eroze. V rámci dlouhodobého výzkumu kavitace na našem odboru zkoumáme proces kavitační eroze na exp. okruhu s kavitující tryskou na vzorku materiálu ponořeném pod hladinu v nádrži. Mrak kavitačních bublinek na výstupu z trysky byl snímán a vizualizován vysokorychlostní kamerou. S využitím příslušných knihoven v jazyce Python (nadstavba SciPy) resp. Matlabu provést zpracování dat (snímků) z vysokorychlostní kamery pro zjištění chování mraku kavitačních bublin: detekce pulzací kavitačního mraku, identifikace jejich frekvencí, porovnání časového chování kavitačního mraku pro různé provozní body, animace pohybu kavitačního mraku. Výsledky budou sloužit pro validaci výpočtových simulací proudění s kavitací. Součást aktuálně probíhajícího výzkumu na našem odboru.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Pavel Rudolf, Ph.D.


Nevyužitý potenciál vodní energetiky – „hidden hydro“

Hydroenergetický potenciál s možností instalace velkých výkonů je v Evropě již do značné míry využit. Stále je ovšem velké množství lokalit, kde dostupný spád nebo tlak zůstal z různých důvodů nevyužit. Jsou to např. přirozené nízkospádové lokality (např. jezy, přepady), vodárenské sítě nebo technologické procesy (papírenství, chemický a zpracovatelský průmysl). Rešerše oblastí, kde lze zpracovat dosud nevyužitý hydroenergetický potenciál.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Pavel Rudolf, Ph.D.


Hydraulická separace plastů

Při třídění plastového odpadu nebo při odlučování plastů v technologických procesech (např. příprava papírenské látky) je nutné plasty odloučit nebo roztřídit dle druhu. Jednou z možností je využití hydraulických procesů: sedimentace/plování za působení gravitace, využití rozdílné hustoty a odstředivých sil v hydrocyklonech, flotace. Rešerše stávajících technologií pro hydraulickou separaci nebo třídění plastů (popis technologie, principu, výhody/nevýhody). Podrobnější zacílení na hydrocyklony: metodika návrhu, hodnocení účinnosti, vliv jednotlivých geometrických parametrů na proces separace/třídění. Součást aktuálně probíhajícího výzkumu na našem odboru.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Pavel Rudolf, Ph.D.


Plazmatem aktivovaná voda – možnosti její výroby a využití

Působení plazmového výboje na vodu způsobuje tzv. plazmochemické reakce, jejichž výsledkem je vznik krátkodobých a dlouhodobých reaktivních oxidativních sloučenin (např. peroxidů), které mají desinfekční účinky. Plazmatem aktivovanou vodu pak lze použít jako dezinfikant. Na našem odboru bylo (ve spolupráci s MUNI) vyvinuto zařízení CaviPlasma, které je schopno připravovat průmyslově relevantní množství plazmatem aktivované vody pro různé účely. Rešerše způsobů přípravy plazmatem aktivované vody s využitím různých typů plazmového výboje (popis, výhody/nevýhody). Rešerše účinků plazmatem aktivované vody a přehled dosavadních možností uplatnění (povrchová dezinfekce a dekontaminace, oplachy, zemědělství a lesnictví, atd.). Výhody zařízení CaviPlasma, současné možnosti a další uplatnění jím aktivované vody. Součást aktuálně probíhajícího výzkumu na našem odboru, možnost se podílet na vývoji a výzkumu zcela nového přístupu k dezinfekci kapalin.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Pavel Rudolf, Ph.D.


Pokročilé oxidační procesy při dekontaminaci vody

Pro dezinfekci vody od biologických i chemických polutantů lze využívat tzv.pokročilých oxidačních procesů, které zahrnují mj. ozonizaci, UV záření, nízké koncentrace peroxidu vodíku nebo fotokatalýzu. Tyto techniky umožňují odstranění i tzv. mikropolutantů (léky, antikoncepce, pesticidy), tak jak to bude vyžadovat nová legislativa v oblasti odpadních vod. Novým zařízením pro pokročilou oxidaci je také CaviPlasma vyvinutá na našem pracovišti (ve spolupráci s MUNI), která kombinuje kavitaci a plazmový výboj. Rešerše stávajících metod pokročilých oxidačních procesů, jejich princip, technologické a provozní nároky, energetická i dekontaminační účinnost, limity jejich využití. Pokročilé oxidační procesy v zařízení CaviPlasma – popis, účinky, experimenty s vybraným polutantem. Součást aktuálně probíhajícího výzkumu na našem odboru, možnost se podílet na vývoji a výzkumu zcela nového přístupu k dezinfekci kapalin.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Pavel Rudolf, Ph.D.


Rozdíly mezi hydrodynamickou kavitací ve Venturiho dýze a na cloně

Nejjednoduššími zařízeními pro generování hydrodynamické kavitace (např. pro využití při čištění vody) jsou Venturiho dýza a clony. Ukazuje se (i na základě našich vlastních experimentů), že charakter kavitujícího proudění u těchto dvou zařízení se liší a zatím nebyl plně popsán. Rešerše kavitujícího proudění ve Venturiho dýze a na cloně (včetně praktických aplikací). Vyhodnocení stávajících měření s ohledem na porovnání hydraulických ztrát, amplitudy a frekvence tlakových pulzací a intenzitu promíchávání. Možnost realizace vlastních dodatečných experimentů a výpočtového modelování proudění. Součást aktuálně probíhajícího výzkumu na našem odboru, možnost se podílet na vývoji a výzkumu zcela nového přístupu k dezinfekci kapalin.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Pavel Rudolf, Ph.D.


Současná a připravovaná řešení power-to-gas s využitím vodní energetiky

Akumulace energie je jednou z klíčových technologických výzev současné energetiky, zvláště při masivním rozmachu obnovitelných zdrojů. Jednou z možností je použít aktuálně nadbytečnou energii pro výrobu vodíku, který lze skladovat a energeticky využít později (tzv. power-to-gas). Jednou z možností relativně efektivní výroby „zeleného“ vodíku jsou vodní elektrárny provozované v bodě své nejvyšší účinnosti (účinnost vodních turbín je kolem 93-95%). Provedení rešerše současných řešení power-to-gas pro výrobu „zeleného“ vodíku (tj. elektrolýzou vody), popis technologie, nástin ekonomiky těchto řešení se zvláštním zřetelem na kombinaci s vodní energetikou. Budoucnost a výhled v této oblasti.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Pavel Rudolf, Ph.D.


Nové metody výroby oběžných kol čerpadel a vodních turbín

V mnoha oblastech se začínají prosazovat metody výroby s využitím 3d rapid prototyping. V čerpací technice a vodní energetice je jejich nasazení zatím z více důvodů poměrně omezené, využívá se spíše jako náhrada některých komponent, většinou nikoli oběžných kol.Cílem bakalářské práce bude rešerše nových možností výroby (různé metody 3d rapid prototypingu z plastických hmot, laser metal sintering, welding arc additive manufacturing, apod.), ale i různé metody hybridní, kombinující rapid prototyping s konvenčními způsoby výroby. Důležitou částí bude identifikace omezení aplikovatelnosti těchto metod v oblasti hydraulických strojů (kavitační odolnost, pevnost, drsnost, nasákavost, apod.)
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Pavel Rudolf, Ph.D.


Invaze slávičky mnohotvárné (Dreissena polymorpha)

Drobný mlž slávička mnohotvárná se rozšířil do řek a stojatých vod nejen v České republice a ohrožuje provoz vodních elektráren a čerpacích stanic (vytváření nánosů škeblí na česlích, uzávěrech, ucpání chladicích okruhů ložisek, atd.) např. na MVE Nové Mlýny nebo VE Gabčíkovo. Cílem bakalářské práce bude rešerše problémů spojených s invazí sláviček při provozu technologických celků (elektrárny, čerpací stanice, úpravny vody, zavlažovací systémy, apod.), zdokumentování v současné době používaných řešení (chemické a fyzikální metody eliminace, volba materiálu zařízení, apod.). Dále bude proveden rozbor možnosti využití kavitace a pokročilých oxidačních procesů (UV, ozón, CaviPlasma) při ničení jednotlivých stádií sláviček. Bakalářská práce bude probíhat ve spolupráci s ČEZ a.s.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Pavel Rudolf, Ph.D.


Kvantitativní srovnání použitého typu sítě v CFD programu Fluent

Výpočetní síť je základem každé CFD simulace (pomineme-li takzvané bez-síťové metody). Použitý typ sítě, metoda jakou síť tvoříme a kvalita sítě jde ruku v ruce s přesností následného CFD výpočtu. V rámci CFD řešiče Ansys Fluent byla představena nová metoda Mosaic s motem: „Technologie Mosaic zajišťuje, že v každé části geometrie je použit nejlepší typ prvku sítě pro dosažení optimálních výsledků.“ Toto téma je vhodné pro všechny, kteří se chtějí proniknout do tajů CFD výpočtů a v budoucnu se CFD výpočtům věnovat a využívat například v rámci navazující diplomové práce. Cílem DP je srovnání výše uvedené metodologie Mosaic s klasickými typy sítí jako: hexahedrální, tetrahedrální atd. Student provede několik testovacích úloh na různých geometriích. Dle daných kritérií bude vyhodnocen vliv sítě a eventuálně i modelu turbulence.
Vedoucí bakalářské práce: Ing. David Štefan, Ph.D.


Problematika vysokootáčkových a elektricky poháněných čerpadel využívaných v rámci vesmírných aplikací

S rostoucí podporou národních a nadnárodních organizací a agentur o výzkum vesmíru rostou i požadavky na vývoj a výrobu adekvátních technologií pro tyto účely. Jedním z důležitých faktorů je i doprava kapalin v zařízeních pracujících ve vesmíru. Jedná se zejména o čerpadla v palivových a chladících systémech raket, satelitů atd. V současné době se trendem o pohon těchto čerpadel stal elektromotor pracující o vysokých otáčkách (v řádech několika desítek tisíc otáček za minutu) napájený z přidruženého bateriového packu. Tyto čerpadla jsou velice malých rozměrů tudíž konstrukční a výrobní nároky jsou hodně vysoké. Téma má souvislost s projekty aktuálně řešenými na našeho odboru. Student získá podvědomí o daném tématu a znalosti může uplatnit v rámci budoucí diplomové práci či zaměstnání. Cílem práce je rešerše výše zmíněné charakteristiky tématu. Mělo by být dosaženo přehledného shrnutí čerpadel pro určené aplikace, jejich výhody a nevýhody. Je očekáván hlubší rozbor některých zájmových částí, jako jsou například hřídelové ucpávky pro tyto typy čerpadel. Předpokládá se nutná práce s literárními prameny v anglickém jazyce.
Vedoucí bakalářské práce: Ing. David Štefan, Ph.D.


Experimentální stanovení hydraulických vlastností mamutového čerpadla

Mamutové čerpadlo pracuje na principu rozdílné hustoty směsi, která je tvořena čerpanou kapalinou a vzduchem, a kapalinou samotnou. Do prostoru směšovací komory, která se nachází na vtoku do čerpadla, je přiváděn vzduch. Vzniklá směs postupuje vlivem rozdílné hustoty potrubím vzhůru. Hlavní výhoda čerpadla je, že neobsahuje žádné pohybující se části, takže čerpadlo je spolehlivé a nevadí mu případné hrubé nečistoty. Čerpadla se používají v čistírnách odpadních vod, v prostorách náchylných na výbuch a pro čerpání kapalin z hlubokých vrtů. Nevýhodou čerpadla je malá účinnost (obvykle v rozmezí 25 až 40 %). Při řešení tohoto tématu se student naučí vyhodnotit výsledky experimentálního měření a detailně se seznámí s prací mamutového čerpadla ve formě jednoduché výukové ukázky nacházející se v naší hydraulické laboratoři. Cílem bude stanovení hydraulických vlastností mamutového čerpadla (dopravní výška a účinnost) v závislosti na hloubce ponoru a množství přiváděného vzduchu. Experimentálně zjištěné parametry tohoto čerpadla budou použity v rámci výuky laboratorních cvičení Hydromechaniky, kdy se funkce tohoto čerpadla prezentuje studentům.
Vedoucí bakalářské práce: Ing. David Štefan, Ph.D.


Budoucnost hydroenergetiky v Evropě – nejen z pohledu legislativy EU

Budoucí požadavky na hydroenergetiku souvisí zejména s právními předpisy Evropské Unie (EU). Nicméně skutečné realizace a implementace hydroenergetiky do celkového energetického mixu ovlivňují i technické, sociální a environmentální aspekty. Současné i budoucí využití hydroenergetiky má významnou roli v přechodu od fosilních paliv k čistě energii z obnovitelných zdrojů, ke kterému se členské země EU zavázali. Dalším faktorem je rostoucí trend a zájem o výrobu „čistého“ vodíku pro různé průmyslové aplikace a mobilitu. Jednou z možností výroby „čistého“ vodíku je elektrolýza s využitím elektrické energie vyrobené vodní elektrárnou (viz elektrárna na obrázku v německém Wyhlen). Cílem bude zmapovat budoucí směřování hydroenergetického sektoru ve smyslu regulativ Evropské Unie a průmyslových aplikací. Student provede rešerši na výše zmíněné téma s hlubším zaměřením na budoucí směřování České Republiky vzhledem k vodní energetice a jejímu využití (například k již zmíněné výrobě vodku z obnovitelných zdrojů).
Vedoucí bakalářské práce: Ing. David Štefan, Ph.D.


Kam s ním? Aneb čistírenský kal – odpad nebo surovina?

Jak nakládat s čistírenskými kaly? Jedná se o velice aktuální téma. Roční produkce kalu z čistíren odpadních vod za rok se v české republice pohybuje kolem 800 000 tun ročně. To je obrovské množství. Jedná se o odpad nebo o surovinu? Je třeba s ním něco udělat. Existuje celá řada možností zpracování či využití kalů, nicméně česká i evropská legislativa je v tomto ohledu stále přísnější. Jedná se v podstatě o rešeršní práci. Zmapovat situaci v české republice, jak je kal zpracováván a jaké jsou trendy z poslední doby. Jde o to přehledně zpracovat možnosti využití čistírenského kalu v rámci české, případně evropské legislativy. Jde o to porozumět jednotlivým způsobům zpracování či využití kalu a zamyslet se nad tím, jaká cesta je nejvhodnější.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Jaroslav Štigler, Ph.D.


Chyť si svoje tornádo

Tornáda hurikány či cyklóny jsou atmosférické jevy, které mají velice ničivé účinky. Těmito jevy, jejich, predikcí vznikem a chováním se zabývá mnoho vědců a vědeckých týmů. Existují i numerické simulace vzniku tornád. Jsou to velice zajímavé jevy, které souvisí s vířivým pohybem tekutin. I v kapalinách se můžeme setkat s různými typy vírů například s vtokovými víry nebo s vírem v savce turbíny atd. Cílem této bakalářské práce je získat co nejvíce informací o možnostech vzniku a chování tornád. Na základě těchto poznatků je pak možné vytvářet různé matematické modely, které by mohly popisovat jejich chování.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Jaroslav Štigler, Ph.D.


Časově středovaný rychlostní profil v trubce kruhového profilu

Existuje mnoho prací, které se zabývají rychlostními profily v trubce kruhového profilu při turbulentním proudění. Tyto práce se zaměřují na rychlostní profily z různých hledisek. Nejčastěji se zabývají oblastí blízko obtékané stěny, tedy mezní vrstvou. Dále jsou práce, které se snaží najít analytické vztahy pro tvar časově středovaného rychlostního profilu. Tyto analytické vztahy jsou odvozeny na základě různých podmínek a i jejich přesnost je různá. Znalost analytického tvaru rychlostního profilu je mnohdy klíčová při různých teoretických úvahách. Tyto rychlostní profily je také možné využít jako okrajovou podmínku pro numerické modelování proudění. Na základě rešerše zkusit zjistit všechny dosažitelné vztahy pro časově středovaný rychlostní profil v trubce kruhového průřezu. Udělat jejich přehled a zjistit za jakých podmínek je možné ho použít. Provést jejich vzájemné srovnání a případně je ověřit na měřených datech.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Jaroslav Štigler, Ph.D.