Témata doktorského studia

Aktuální témata doktorského studia pro studijní program Energetické inženýrství na ak. rok 2023 / 2024 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) Nespalovací částice emitované provozem automobilů

Při provozu automobilů jsou emitovány jemné částice v důsledku otěru brzd, pneumatik a vozovky. Tyto částice představují významné zdravotní riziko především v městském prostředí. Přechod k elektromobilitě sebou nese zvyšování hmotnosti automobilů a dynamičtější rozjezdy. Oba zmíněné trendy přispívají k zvýšení abrazivních emisí jemných částic, jejichž produkci jsou výrobci nuceni omezovat. V rámci zpracování uvedeného tématu budou realizována měření emitovaných koncentrací částic, identifikovány jejich velikosti a zjišťovány charakteristiky částic jako morfologie a prvkové složení. Primární pozornost bude zaměřena na částice emitované z brzd automobilů. Řešení bude experimentálně zajištěna přístrojovým zázemím Energetického ústavu.

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

(2) Přenos tepla v porézním sypkém prostředí

Problematika akumulace tepelné energie rozvíjí oblasti nízkoteplotní akumulace v zemině a vysokoteplotní akumulace v sypkých materiálech. V této souvislosti vyvstává potřeba detailního popisu přenosu tepla mezi zrny sypkého prostředí, které se vyznačuje různou porozitou a odlišným kontaktem zrn v konkrétních aplikacích. Pozornost vyžaduje také detailní popis přenosu tepla z tuhé stěny do sypkého prostředí. Uvedené téma studia bude zaměřeno na experimentální identifikaci přenosu tepla v porézním sypkém prostředí a matematický popis přenosu tepla v tomto prostředí. Téma bude formováno problémy zpracovávanými v rámci řešení souvisejících výzkumných úkolů.

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

(3) Kryogenní chlazení a separace plynů

V souvislosti s hledáním zdrojů vodíku pro energetické využití je nutné hledat a prozkoumat nové metody separace a čištění plynů. Jednou z perspektivních cest je cesta kondenzace, kdy při velmi nízkých teplotách lze ze směsí plynů oddělovat jednotlivé složky, a tak získat vodík o vysoké čistotě. Pak by bylo možno jako zdroje vodíku využívat i generované nebo odpadní plyny. Práce doktoranda či doktorandky by zahrnovala především návrhy kryogenních výměníků a další nezbytných komponent technologie a řešení provozních problémů např. s namrzáním.

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

(4) Separace a čištění vodíku z odpadních plynů metodami parního nebo suchého reformingu

Téma je napojené na plánované projekty. Náplň výzkumu a vývoje během doktorského studia bude spočívat v hledání možností získávání čistého vodíku pro další použití. Jako zdroj vodíku budou sloužit odpadní plyny (důlní plyn, koksárenský plyn) nebo plyny generované zplyňováním biomasy. Jako předpokládané metody budou užity parní nebo suchý reforming. Zkoumáno bude především využití přírodních katalyzátorů a provozní podmínky pro reálné plyny.

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

(5) Výzkum adsorpce pro záchyt oxidu uhličitého a kyslíku v rámci technologií carbon capture

Separace plynů je velmi dynamicky se rozvíjející oblast a do budoucna se bez ní klasická energetika neobejde. Separace bude nutná pro oxické spalování i pro následné čištění spalin a nakládání s oxidem uhličitým. Téma dizertační práce míří do této oblasti, konkrétní zaměření bude určeno na základě postupu výzkumných prací a získaných grantových prostředků.

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

Témata doktorského studia na Odboru termomechaniky a techniky prostředí

(1) Metody pro dynamické simulace systémů pro přenos tepla

Pro kvalitní řízení a optimalizaci energetické efektivity systémů pro přenos tepla (chladicí okruhy, tepelná čerpadla, přenos tepla/chladu teplonosnými kapalinami) je nezbytné sladění funkčních  parametrů všech komponent i celého systému, jak v jednotlivých stabilních provozních bodech, tak především v přechodových stavech, kde hrají důležitou roli dynamické vlastnosti komponent. Téma disertační práce je zaměřeno na metody pro popis a simulaci dynamických vlastností systémů pro přenos tepla s cílem popisu dynamického chování těchto systémů a vytvoření postupů pro jejich simulaci. Širším cílem je poté možnost virtuální optimalizace chodu systémů a podklad pro prediktivní regulaci.

Školitelem doktoranda bude doc. Ing. Bc. Jan Fišer Ph.D.

(2) Transport vláknitých aerosolů v proudění s vysokými gradienty rychlosti

Vláknité aerosolové částice se vyskytují ve formě azbestu i člověkem vyráběných nanovláken. Lze je dokonce připravit v biodegradovatelné formě jako nosičů léčiv pro inhalační léčbu. Výpočet mechaniky proudění takových částic je komplikovanou a dosud ne zcela zvládnutou oblastí. Zejména transport částic v proudění s vysokými gradienty rychlostí představuje náročný problém, k jehož řešení je třeba kombinovat experimentální a výpočetní postupy. Při řešení práce bude využito zázemí laboratoře aerosolů.

Školitelem doktoranda bude doc. Ing. František Lízal Ph.D.

(3) Modelování a optimalizace komplexních struktur pro intezifikaci přenosu tepla

Efektivní přenos tepla a optimální návrh tepelných výměníků patří mezi důležité oblasti související s účinností a ekonomičností široké řady zařízení, ve kterých dochází k tepelné výměně a její intenzifikaci. V minulosti byly technologie pro návrh a výrobu teplosměnných ploch omezeny na konvenční způsoby. V posledních letech však došlo k výraznému rozvoji aditivních technologií zahrnující 3D tisk kovových materiálů. Tento způsob výroby otevírá zcela nové možnosti výroby teplosměnných struktur s velmi komplikovanou topologií pro maximalizaci teplosměnné plochy (např. využití gyroidů). Cílem tématu bude vytvořit výpočtové modely pro simulaci tepelného chování komplexních struktur pro intenzifikaci přenosu tepla a výkon těchto struktur dále optimalizovat pomocí soft computing metod. V tomto ohledu se předpokládá využití především přírodou inspirovaných algoritmů a metaheuristik jako jsou např. genetický algoritmus či optimalizace hejnem částic. Tyto metody mají totiž dle již publikovaných studií značný potenciál úlohy tohoto typu efektivně řešit. Téma je součástí aktuálně hodnoceného projektu OP JAK.

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

(4) Pokročilé soft computing metody v inverzních úlohách přenosu tepla

V mnoha aplikacích zahrnující přenos tepla je zapotřebí zpětně stanovit okrajové podmínky nebo vlastnosti materiálu, které vedou k požadovanému teplotnímu chování systému. Jedná se tedy o nepřímé (inverzní) úlohy, ve kterých je zapotřebí z odezvy systému stanovit podmínky, které tuto odezvu způsobují. Inverzní řešení úloh přenosu tepla patří mezi náročné úlohy, protože tyto problémy jsou špatně podmíněné a malá odchylka či chyba ve vstupních datech způsobuje velkou změnu ve výstupních datech. Pro řešení inverzních úloh se v minulosti používalo především iteračních metod (např. Levenbergovy-Marquardtovy metody), ale v posledních letech dochází v této oblasti k využívání tzv. soft computing metod, které umožňují efektivněji nalézt dostatečně přesné řešení. Mezi soft computing metody v tomto ohledu patří např. přírodou inspirované metaheuristické algoritmy, neuronové sítě či fuzzy logika. Cílem tématu bude navrhnout či vhodně modifikovat stávající výpočtové algoritmy, efektivně je implementovat a ověřit jejich funkčnost na řešení inverzních úloh přenosu tepla. Téma je součástí aktuálně řešeného projektu GAČR.

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

(5) Pokročilé modely a metody v optimalizaci distribuční sítě a infrastruktury vodíkových čerpacích stanic

Vodík a jeho využití jako palivo pro dopravní prostředky představuje perspektivní vědní oblast s velkým aplikačním potenciálem. Cílem práce je vytvořit pokročilé modely a aplikovat/adaptovat efektivní optimalizační metody pro návrh a optimalizaci sítě vodíkových stanic a související infrastruktury. Téma je součástí problematiky, která je obsažena v aktuálně řešeném projektu NCK Národní centrum vodíkové mobility.

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

(6) Vývoj sprejových systémů pro aplikaci nanočásticových povrchů

Nanopovlaky, s tloušťku pod 100 nm, se uplatňují v širokém spektru aplikací, kde je potřeba upravit vlastnosti povrchu při zachování původních rozměrů. Široké využití nacházejí nanopovlaky zejména jako ochrana proti abrazi a IR záření, výhodou povlaků je větší chemická a korozní odolnost, možnost alternace třecího a tepelného odporu. Pro nanášení nanočástic lze použít různých metod, jako je rentgenová litografie, nanografting, galvanizace nebo sprejové nanášení. Hlavním požadavkem je snadná aplikace, nízká a homogenní tloušťka vrstvy po celém povrchu. Disertační práce je zaměřena na tvorbu nanopovlaků pomocí sprejů, kde je výsledná kvalita vrstvy ovlivněna chemickým složením roztoku, koncentrací nanočástic, zvoleným typem atomizačního zařízením a interakcí aerosolu s okolním prostředím před aplikací na povrch. Výsledná kvalita nanášené vrstvy nemusí vykazovat optimální parametry při nesprávně zvoleném sprejovém zařízení nebo nevhodných aplikačních podmínkách. Cílem práce je posoudit vliv tvorby aerosolu (mřížkový atomizér, ultrazvukový atomizér, dvoumédiový atomizér) a podmínek okolního prostředí (vlhkost, teplota, rychlost proudění) na kvalitu nanášené vrstvy pro používané chemické roztoky s širokou koncentrací nanočástic.

Téma je multidisciplinární. Má plné technicko-materiální zabezpečení, zejména laboratorní vybavení, techniku a materiál pro experimenty. Předpokládá se částečná finanční podpora studenta z projektu. Téma má vazbu na stávající nebo podaný výzkumný projekt. Předpokládá se několikaměsíční stáž na zahraničním pracovišti se záměrem posílení mezinárodní spoluprace, účast na technických seminářích a prezentací na konferencích. Před přijímacím řízením je nutno kontaktovat a školitele a probrat podrobnosti studia.

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

(7) 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. Bylo navrženo několik typů rozprašovačů (tlakové vířivé a dvou-médiové trysky, multi-otvorovové trysky nebo soustavy s plochým filmem), které jsou instalovány v rozstřikových kolonách zejména pro zachycování CO2 absorpcí pomocí roztoků alkanolaminů nebo čpavku.

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. Dostupná literatura neuvádí informace o tom, jaké metody rozstřiku těmto aspektům nejlépe vyhovují.

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. Téma je multidisciplinární. Má plné technicko-materiální zabezpečení, zejména laboratorní vybavení, techniku a materiál pro experimenty. Předpokládá se částečná finanční podpora studenta z projektu. Téma má vazbu na stávající nebo podaný výzkumný projekt. Předpokládá se několikaměsíční stáž na zahraničním pracovišti se záměrem posílení mezinárodní spoluprace, účast na technických seminářích a prezentací na konferencích. Před přijímacím řízením je nutno kontaktovat a školitele a probrat podrobnosti studia.

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

(8) Optimalizační model bateriového úložiště pro lokální výrobu vodíku z obnovitelných zdrojů

Obnovitelné zdroje energie mají v budoucnu sloužit jako hlavní energetický zdroj pro výrobu vodíku. Obnovitelné zdroje energie mají výrazně proměnný charakter. Pro krátkodobé ukládání energie z obnovitelných zdrojů se v současnosti jako nejvhodnější jeví bateriová úložiště. Před vybudováním infrastruktury pro výrobu a distribuci vodíku bude vodík produkován především lokálně. Optimální velikost bateriového úložiště pro lokální výrobu vodíku z obnovitelných zdrojů závisí na řadě návrhových parametrů a provozních podmínek, přičemž jsou tyto parametry a podmínky časově závislé a některé mají nahodilý charakter. Cílem práce je vytvoření optimalizačního modelu bateriového úložiště pro lokální výrobu vodíku z obnovitelných zdrojů se zahrnutím časově proměnných a nahodilých vstupních parametrů.

Školitelem doktoranda bude doc. Ing. Pavel Charvát Ph.D.

Témata doktorského studia na Odbor fluidního inženýrství Viktora Kaplana

 

Studuj na EÚ