|
|
Senzor pro měření průtoku
Symerský, Tomáš ; Psota, Boleslav (oponent) ; Kosina, Petr (vedoucí práce)
Diplomová práce je rozdělena na dvě části – na část teoretickou a praktickou. Ve své první části pojednává o teorii proudění kapalin a plynů, přenosu tepelné energie a rozdělení senzorů pro měření průtoku pracujících na elektrickém principu. Dále se zabývá termodynamickým principem, kterého lze využít pro měření velmi malých průtoku a nízkoteplotní keramikou, pomocí které lze realizovat mikrokanálky na snímání velmi malých průtoků. V praktické části se práce zabývá již samotnou simulací celé struktury v programu COMSOL Multiphysics, a to jak ve 2D, tak i ve 3D zobrazení. Následně pak realizací a měřením průtokového senzoru v keramice nízkých teplot, pracujícího na termodynamickém principu.
|
|
|
Tepelný odpor v kontaktu těles za vysokých teplot
Kvapil, Jiří ; Návrat, Tomáš (oponent) ; Brestovič, Tomáš (oponent) ; Horský, Jaroslav (vedoucí práce)
V poslední době se v průmyslu stále častěji používají numerické simulace k optimalizaci výrobních procesů. Tyto numerické simulace ale potřebují velké množství vstupních parametrů a některé z těchto parametrů nejsou dosud dostatečně popsány. Jedním z těchto parametrů je tepelný odpor v kontaktu, který je v literatuře nedostatečně popsán pro vyšší teploty a vyšší kontaktní tlaky. Tato práce předkládá metodiku jak tepelný odpor experimentálně měřit a odvodit součinitel přestupu tepla v kontaktu, který je převrácenou hodnotou k tepelnému odporu a může být v numerických simulacích použit jako okrajová podmínka popisující přestup tepla při kontaktu dvou těles. Pro účely experimentálních měření tepelného odporu bylo v Laboratoři přenosu tepla a proudění, VUT v Brně sestrojeno experimentální zařízení, které umožňuje měřit tepelný odpor mezi dvěma tělesy za různých podmínek, které vzniknou nastavením parametrů, jakými jsou např. kontaktní tlak, počáteční teplota těles, typ materiálu, drsnost povrchu těles, přítomnost okují na povrchu atd. Tělesa v kontaktu se označují jako senzor a vzorek a jsou v nich zabudována teplotní čidla, která při experimentu zaznamenávají teplotu. Poté jsou teplotní průběhy použity v numerickém výpočtu, který využívá inverzní metodu vedení tepla. Výsledkem výpočtu je stanovení průběhu součinitele přestupu tepla v kontaktu během experimentu. Na závěr jsou výsledky shrnuty a je popsáno chování tepelného odporu v závislosti na parametrech, které ho ovlivňují.
|
|
|
Výběr vhodného uspořádání toku pracovních látek s laminárním režimem proudění v trubkovém chladiči
Krobot, David ; Kohoutek, Josef (oponent) ; Jegla, Zdeněk (vedoucí práce)
Práce se zabývá výběrem vhodného uspořádání toku pracovních látek ve výměníku tepla typu trubka v trubce. V úvodu jsou probrány konstrukční řešení výměníku trubka v trubce. Také jejich vliv na procesní charakteristiky toku. Poté i rozdíly mezi souproudým a protiproudým tokem, jejich výhody a nevýhody. V další části jsou uvedeny základní výpočtové vztahy používané v tepelně-hydraulickém návrhu výměníku tepla spolu s objasněním principů přenosu tepla a činnosti výměníku. Jsou zde probrány specifika proudění tekutiny s laminárním tokem. Třetí část se detailně zaměřuje na výpočet výměníku tepla trubka v trubce. Nejprve jsou detailně probírány faktory ovlivňující charakter toku. Poté následuje detailní řešení výpočtových postupů návrhového a konstrukčního výpočtu, včetně různých přístupů k jejich řešení. Na toto navazuje další kapitola, která tyto výpočty využívá k rozhodování o vhodnosti toku dle různých kritérií. Poslední kapitola se pak věnuje vlastní realizaci a převedení výpočtů řešení výměníku tepla do programové podoby v programu Maple. Také popisu sestavených algoritmů a později i ovládání použitých programů, tak aby byl kterýkoliv uživatel schopen využít připravené programové řešení. V práci jsou na různých místech použity příklady výpočtů z těchto programů v číselných i grafických podobách.
|
|
|
Prediktivní řízení založené na modelu pro aplikaci plynulého odlévání oceli
Zemanová, Hana ; Mauder, Tomáš (oponent) ; Štětina, Josef (vedoucí práce)
V diplomové práci je odvozena rovnice vedení tepla zahrnující fázové a strukturální změny, včetně různých okrajových podmínek, jak po matematické stránce pomocí parciálních diferenciálních rovnic, tak i čistě z pohledu fyziky a přenosu tepla. Jako nejvhodnější se ukazuje výpočet rovnice metodou entalpie. V této rovnici se vyskytuje nejen entalpie, ale také teplota a převodní vztah mezi těmito veličinami je nelineární a poměrně komplikovaný na to, aby byl vyjádřen matematickým vztahem. K převodu mezi entalpií a teplotou využíváme hodnoty naměřené nebo vypočtené pomocí solidikačních modelů v určitých bodech. Výpočet je implementován v Matlabu do rozšiřujícího prostředí Simulink. Toto blokové prostředí je v praxi v oblasti regulace velmi oblíbené. Vytvořený program vychází z ustáleného stavu, který byl nastaven s pomocí odborníků, tedy reálně použitelný. Program dopočítává intenzitu chlazení v závislosti na vstupní licí rychlosti, vstupní licí teplotě a požadovaných teplotních průběhů. Míru ovlivnění chlazení podle daných kritérií je možno měnit. Do programu je implementován prediktivní regulátor, který reguluje chlazení na základě předpokládaného vývoje. V práci je porovnán průběh povrchových teplot a chlazení pro případ výpočtu s prediktivním regulátorem a bez něj.
|
|
|
Návrh optimálních parametrů vícevrstvého keramického ochranného povlaku pro vysokoteplotní aplikace
Dohnalík, Petr ; Hrstka, Miroslav (oponent) ; Ševeček, Oldřich (vedoucí práce)
Hlavním cílem této práce bylo stanovení vhodné kompozice ochranného povlaku, skládajícího se z několika různých vrstev konkrétních materiálů, s ohledem na residuální napětí indukované v povlaku v důsledku rozdílných součinitelů teplotní roztažnosti jeho jednotlivých složek. Ochrannými povlaky jsou v této práci myšleny tepelné a environmentální bariéry, které mají za úkol chránit součásti před vysokými teplotami. V práci je uveden nezbytný teoretický úvod do problematiky tepelných a environmentálních bariér. Zde jsou uvedeny základní koncepce skladby jednotlivých vrstev, používané materiály a způsoby nanášení. Obsažená rešeršní studie podává přehled, jakým způsobem se v současnosti přistupuje k výpočtovému modelování residuálních napětí zejména v tepelných bariérách nanesených plazmovým nástřikem. V práci je blíže představena klasická laminátová teorie, která byla použita k výpočtům zbytkových napětí v rámci povlakové struktury. Standardně tato metoda předpokládá homogenní teplotní pole po výšce laminátu, nicméně v této práci byl nalezen způsob, jak ji rozšířit o zahrnutí proměnné teploty po výšce analyzované struktury. V praktické části práce je vytvořený model použit pro hledání vhodných vlastností dvouvrstvého až čtyřvrstvého povlaku. Výpočty byly provedeny jak pro konstantní teplotu, tak pro gradient teploty po výšce modelu. Výstupy analytického modelu založeného na rozšířené klasické laminátové teorii jsou ve vybraných případech ověřeny pomocí numerického modelu.
|
|
|
Stefanův problém vedení tepla s fázovou přeměnou a jeho analytické řešení
Kesler, René ; Mauder, Tomáš (oponent) ; Klimeš, Lubomír (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá analytickým řešením úloh vedení tepla s fázovou přeměnou, které jsou nazvány jako klasický Stefanův problém. Nejprve je odvozena diferenciální rovnice vedení tepla a také je vytvořen matematický model Stefanova problému. Největší pozornost je následně věnována odvozování analytických řešení pro úlohy, u nichž lze tato řešení nalézt. K implementaci získaných řešení ve vhodném programovacím prostředí bylo zvoleno prostředí MATLAB. Práce také obsahuje popis vytvořeného programu a grafického rozhraní v MATLABu. Programem byly následně vyřešeny zvolené počáteční úlohy.
|
|
|
Zařízení pro měření tepelného odporu rukavic
Pelikán, Jakub ; Fišer, Jan (oponent) ; Hejčík, Jiří (vedoucí práce)
Tato práce řeší dnes již zcela běžnou problematiku ochrany zdraví při práci. Konkrétně ochranu lidské ruky při práci v extrémně chladném prostředí. Jedná se o rozbor materiálu vhodného pro sestavení umělé ruky, schopné měřit tepelný odpor rukavic. Byl proveden rozbor řady materiálů, které disponují vhodnými tepelně vodivými vlastnostmi. Každý typ topného segmentu byl experimentálně testován a byla posuzována vhodnost použití pro naši aplikaci. Experimenty probíhaly vždy zahřátím vzorku pomocí elektrického proudu a následným zkoumáním teplotních polí na povrchu topného segmentu. Teplotní pole byla zaznamenávána termokamerou. Při zkoumání kompozitních tkanin jsme nedosáhli žádných uspokojivých výsledků, které by bylo možné použít pro sestrojení umělé ruky. Naproti tomu kaptonová fólie podávala velice zajímavé výsledky, a proto bychom ji nakonec doporučili. Kaptonovou fólii je nutné upravit dle způsobu uvedeného v závěru práce. Tato práce dává jasný přehled a inspiraci pro další zkoumání variant řešení přístroje vhodného pro měření tepelného odporu rukavic. Najde efektivní využití ve výzkumných ústavech i ve společnostech, které se zabývají výrobou ochranných oděvů.
|
|
| |
|
|
Akcelerace numerického výpočtu vedení tepla v tuhých tělesech v inverzních úlohách
Ondruch, Tomáš ; Komínek, Jan (oponent) ; Pohanka, Michal (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá možnostmi urychlení numerických výpočtů, které jsou prováděny v rámci řešení úloh vedení tepla v tuhých tělesech. Práce shrnuje základní poznatky o principech přenosu tepla s důrazem na vedení. Dále se věnuje teorii metody kontrolních objemů, která umožňuje převést danou přímou úlohu vedení tepla do tvaru soustavy lineárních rovnic s řídkou maticí. Přehledově je popsána problematika inverzních úloh vedení tepla, v rámci kterých jsou výpočty přímých úloh intenzivně využívány. Jsou představeny vybrané numerické metody, které lze pro účely časově efektivního řešení přímých úloh vedení tepla využít. Vysvětleny jsou poznatky o implementaci výpočtů a jejich testování na modelové úloze dvourozměrného vedení tepla. Dosažené výsledky jsou porovnány a zhodnoceny z hlediska časové náročnosti testovaných přístupů.
|
|
|
Návrh optimálních parametrů vícevrstvého keramického ochranného povlaku pro vysokoteplotní aplikace
Dohnalík, Petr ; Hrstka, Miroslav (oponent) ; Ševeček, Oldřich (vedoucí práce)
Hlavním cílem této práce bylo stanovení vhodné kompozice ochranného povlaku, skládajícího se z několika různých vrstev konkrétních materiálů, s ohledem na residuální napětí indukované v povlaku v důsledku rozdílných součinitelů teplotní roztažnosti jeho jednotlivých složek. Ochrannými povlaky jsou v této práci myšleny tepelné a environmentální bariéry, které mají za úkol chránit součásti před vysokými teplotami. V práci je uveden nezbytný teoretický úvod do problematiky tepelných a environmentálních bariér. Zde jsou uvedeny základní koncepce skladby jednotlivých vrstev, používané materiály a způsoby nanášení. Obsažená rešeršní studie podává přehled, jakým způsobem se v současnosti přistupuje k výpočtovému modelování residuálních napětí zejména v tepelných bariérách nanesených plazmovým nástřikem. V práci je blíže představena klasická laminátová teorie, která byla použita k výpočtům zbytkových napětí v rámci povlakové struktury. Standardně tato metoda předpokládá homogenní teplotní pole po výšce laminátu, nicméně v této práci byl nalezen způsob, jak ji rozšířit o zahrnutí proměnné teploty po výšce analyzované struktury. V praktické části práce je vytvořený model použit pro hledání vhodných vlastností dvouvrstvého až čtyřvrstvého povlaku. Výpočty byly provedeny jak pro konstantní teplotu, tak pro gradient teploty po výšce modelu. Výstupy analytického modelu založeného na rozšířené klasické laminátové teorii jsou ve vybraných případech ověřeny pomocí numerického modelu.
|
host ::
RSS.