Témata doktorského studia

Aktuální témata doktorského studia pro studijní program Energetické inženýrství na ak. rok 2021 / 2022 vedených na Energetickém ústavu.

  • V případě, že máte zájem o jiné vlastní téma z oblasti energetiky, neváhejte nás kontaktovat.
  • Pokud budete mít o některé z nabízených témat zájem, je třeba co nejdříve kontaktovat příslušného školitele.
  • Témata jsou rozdělena podle pracoviště školitele:

Témata doktorského studia na Odboru energetického inženýrství


(1) Hodnocení životního cyklu systémů power-to-X v podmínkách moderní energetiky

Téma se věnuje podrobnému hodnocení perspektivních systémů akumulace elektrické energie založených na technologii Power-to-X. Hodnocení bude zaměřeno na celý životní cyklus systémů, vytvoření bilančního matematického modelu systémů P2X pro korektní hodnocení efektivnosti jeho využití v geografických podmínkách ČR.

Školitelem doktoranda bude doc. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D.


(2) Výpočtové modelování fluidní vrstvy malých spalovacích zdrojů

V rámci tématu bude řešen popis procesů ve fluidní vrstvě malého spalovacích zařízení se zaměřením na korektnost postihnutí fluidních i termických charakteristik. Při řešení bude využito numerické modelování založené na metodě kontrolních objemů a experimentální měření na modelu fluidní vrstvy. Získané znalosti umožní vytvořit zpřesněný výpočtový model fluidní vrstvy s přidávanou heterogenní frakcí paliva.

Školitelem doktoranda bude doc. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D.


(3) Vývoj metod oxy-fuel spalování a komponent cyklů se záchytem oxidu uhličitého

Oblast separace plynů je velmi obsáhlá a metod, kterými lze separace dosáhnou je celá řada. V poslední době se intenzivně využívá separace plynů pomocí tuhých nosičů na bázi kovu nebo vápence. Pomocí těchto smyček lze separovat např. kyslík ze vzduchu nebo oxid uhličitý ze spalin, ale proces má i mnoho dalších využití. Náplň výzkumu a vývoje v rámci doktorského studia bude spočívat ve zkoumání těchto procesů pro možností separace vzdušného kyslíku pro spalování tuhých paliv. Téma je napojené na plánované projekty.

Školitelem doktoranda bude doc. Ing. Marek Baláš, Ph.D.


(4) Separace a čištění vodíku z odpadních plynů

Téma získávání, skladování a následného využití vodíku je v současné době velice aktuální. Hlavní směr je zaměřený na možnost využívání získávání vodíku pomocí přebytku elektřiny v síti. Náplň výzkumu a vývoje během doktorského studia bude spočívat v hledání možností získávání čistého vodíku jinými cestami. Jako zdroj vodíku budou sloužit odpadní plyny (důlní plyn, koksárenský plyn) nebo plyny generované zplyňováním biomasy. Konkrétní cesta separace vodíku bude předmětem úvodu doktorského studia a provedené studie současného stavu poznání. Téma je napojené na plánované projekty.

Školitelem doktoranda bude doc. Ing. Marek Baláš, Ph.D.


Témata doktorského studia na Odboru termomechaniky a techniky prostředí


(1) Příprava a spalování kapalných paliv ve spalovacích komorách turbínových motorů

Energetické nároky leteckých pohonů budou ještě dlouhou dobu vyžadovat zdroje s vysokou energetickou hustotou, tedy zejména turbínové pohony. Rostoucí nároky na ekologii, ekonomiku provozu i výkonové parametry vyžadují kontinuální vývoj těchto zařízení, lepší pochopení a pokročilé řízení procesů, které ovlivňují jejich funkci. Na pracovišti se dlouhodobě zabýváme výzkumem a vývojem trysek pro rozstřik leteckých paliv do spalovacích komor turbínových motorů. Po vyřešení návrhu samotných trysek a mechanické interakce spreje s okolním plynem je nutné se zabývat dalšími fázemi procesu, tedy odpařováním a spalováním tohoto paliva se zahrnutím moderních trendů v turbomotorech. Současnou ambicí je vytvořit pracoviště, které umožní tento výzkum a vývoj pokročilých proudových motorů. Doktorand bude řešit přípravu zkušebního zařízení, provádět na něm experimenty s využitím moderní optické diagnostiky a v kombinaci s CFD simulacemi přispěje k lepšímu pochopení relevantních procesů.

Školitelem doktoranda bude prof. Ing. Jan Jedelský, Ph.D.


(2) Vývoj pokročilých sprejových řešení pro zachycování CO2

Aplikace pro odlučování a čištění plynů, které jsou založené na kapalných sorbentech závisí na účinnosti přenosu hmoty na rozhraní plyn-kapalina. Rozstřik kapalin je častou metodou zvyšování kontaktního rozhraní v procesech, kde dochází k mechanické, tepelné nebo chemické interakci kapaliny s okolním plynem. Maximalizace mezifázového rozhraní je univerzálním primárním požadavkem v problémech přenosu hmoty absorbcí mezi plynem a kapalinou. Atomizér pro sprejové čištění by měl produkovat rovnoměrný sprej s průměrem kapek dostatečně malým, aby co nejvíce zvětšil mezifázovou plochu, a zároveň dostatečně velkým, aby nedocházelo k nadměrnému unášení kapaliny plynem. Bude studováno několik strategií pro rovnoměrnou produkci filmu / kapek a zvýšení přenosu hmoty mezi plynnou a kapalnou fází. Hlavním cílem bude redukce polydisperzního spreje s výběrem nejkonkurenceschopnější atomizační techniky a její další vývoj s využitím modifikace reologie kapaliny (nenewtonské kapaliny, organické přísady). Mezi další možnosti patří zlepšení procesu turbulentního míchání pomocí vnějších sil (indukce ultrazvukového záření, zavíření v rozstřikové věži). Bude studována citlivost procesu zachycování CO2 na výše uvedené aspekty.

Školitelem doktoranda bude prof. Ing. Jan Jedelský, Ph.D.


(3) Palivové trysky malých turbínových motorů

Palivové soustavy malých turbínových motorů využívají různé způsoby přívodu paliva do spalovací komory, vyskytují se tak různé konstrukce palivových trysek. Palivové trysky jsou velmi důležitou součástí celé soustavy, jejich správná funkce je nutností pro zajištění dostatečné účinnosti motoru. Palivová soustava musí dodávat přesné a v daném okamžiku potřebné množství paliva do spalovací komory. Důležité je zajistit dobré rozprášení a odpaření paliva a jeho smíchání se vzduchem a to v celém rozsahu otáček a zejména při startu. Práce má za úkol provést klasifikaci používaných palivových trysek v turbínových motorech s maximálním tahem do 5000 N a dále se zaměřit na detailní popis odpařovacího systému a jeho používaných modifikací. Hlavním předmětem práce je vývoj a zkoušení stávající odpařovací trysky. Doktorand připraví zkušební stend pro provoz trysky, osadí jej potřebnými snímači a bude na něm zkoumat charakteristiky uvedených systémů v daném rozsahu provozních, posoudit jejich vhodnost pro konkrétní účely a systém dále vyvíjet se zaměřením na jeho problematické aspekty.

Školitelem doktoranda bude prof. Ing. Jan Jedelský, Ph.D.


(4) Vývoj balonového hořáku

Předmětem studia je atmosferický plynový vícetryskový hořák užívaný pro balonové létání. Tyto hořáky se vyvíjí pomalými krůčky desítky let a stará a osvědčená koncepce dnes nesplňuje požadavky na komfortní let. Problémové okruhy jsou zejména: omezit kondenzát vody ze vzduchu na trubicích výměníku paliva, černé dohořívání plamene, špatný přístup vzduchu, snížení sálavého tepla, požadavky na geometrii plamene s ohledem na aplikaci a snížení hluku. Jde o řadu protichůdných požadavků, které vyžadují systematický přístup a dostatečné pochopení problému. V rámci práce bude proveden teoretický rozbor a vytvořen matematicko-fyzikální model procesů včetně experimentálního ověření. Při vývoji budou využity experimentální a hlavně simulační metody. Doktorand má za úkol popsat fenomenologicky relevantní jevy, kvantifikovat relevantní veličiny a navrhnout perspektivní řešení s ohledem na efektivitu a technická, ekonomická, legislativní a jiná omezení.

Školitelem doktoranda bude prof. Ing. Jan Jedelský, Ph.D.


(5) Pokročilé matematické metody pro řešení inverzních úloh přenosu tepla

V počítačovém modelování mnoha technických aplikací zahrnujících přenos tepla a látky je zapotřebí inverzně charakterizovat termofyzikálních vlastnosti a/nebo počáteční a okrajové podmínky z tepelného chování systému v čase. Téma je zaměřeno na aplikaci pokročilých matematických metod, např. neuronových sítí a umělé inteligence, pro řešení těchto inverzních úloh. Problematika je provázána s aktuálně řešenými projekty (ukládání tepelné energie a výroba oceli) a na související téma je připravován projekt základního výzkumu. Pracoviště disponuje plným výpočetním vybavením pro komplexní numerické simulace.

Školitelem doktoranda bude doc. Ing. Lubomír Klimeš, Ph.D.


(6) Flexibilní energetické zdroje využívající inovativní termodynamické cykly

Vývoj v oblasti energetického inženýrství se v posledních letech zaměřuje na zvyšování flexibility a účinnosti velkých energetických zdrojů využíváním malých a dynamických kogeneračních jednotek, decentralizovaných energetických zdrojů či systémů využívajících obnovitelné zdroje energie. Téma je zaměřeno na analýzu, modelování a optimalizaci těchto systémů, které využívají inovativní termodynamické cykly s nízkoteplotními zdroji tepla, např. v nadkritickém cyklu s oxidem uhličitým nebo v organickém Rankinově cyklu.

Školitelem doktoranda bude doc. Ing. Lubomír Klimeš, Ph.D.


Témata doktorského studia na Odbor fluidního inženýrství Viktora Kaplana