|
|
Helium Cryostat for Experimental Study of Natural Turbulent Convection
Urban, Pavel ; Jícha, Miroslav (oponent) ; Rotter, Miloš (oponent) ; Fedor,, Ján (oponent) ; Musilová, Věra (vedoucí práce)
The thesis focuses on the design of a helium cryostat with an experimental convection cell for the study of natural turbulent convection in the range of Rayleigh numbers Ra up to 1015 and Nusselt numbers Nu up to 104. Cryogenic 4He gas is used as a working fluid for experimental studies due to its advantageous properties that allow reaching very high Ra numbers. The cryostat design is based on the conception of low-loss NMR magnet cryostats. In the centre of the cryostat a cylindrical convection cell of 300 mm in diameter and 300 mm in height is placed. The cell is made of middle, top and bottom parts. These are jointed together by flanges sealed by indium wires. The middle part is exchangeable and allows the geometry of the cell to be modified. The cell is designed for measurements at pressures up to 250 kPa. The main advantage of this cryostat is the minimal influence of the cell design and materials on the studied convection.
|
|
|
Projektování systémů přenosu a využití tepla z Termokompostu
Dokoupilová, Bára ; Jícha, Miroslav (oponent) ; Fišer, Jan (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá využitím biotermální energie uvolňující se při rozkladných procesech v kompostu. Cílem práce je vysvětlit principy vzniku tepla v kompostu, shrnout možnosti jeho odběru a navrhnout vhodné využití tohoto zdroje pro potřeby reálné budovy. V teoretické části jsou srovnány různé možnosti využití biomasy, popsán biochemický průběh rozkladu organické hmoty, představen pojem termokompost, prezentovány různé způsoby odběru vznikajícího tepla a uvedeny možné aplikace této technologie. V praktické části je na základě získaných poznatků navržena instalace termokompostu a jeho připojení ke stávajícímu systému vytápění a ohřevu teplé vody v Ekocentru Karpaty v Nové Lhotě u Hodonína. Vzhledem k nízkoteplotní povaze zdroje a režimu využití budovy je doporučena akumulace vzniklého tepla v akumulační nádrži a jeho primární využití pro předehřev teplé vody. Pro případ dostatečně vysokých teplot v termokompostu je do návrhu zahrnuta také možnost předehřevu topné vody. V závěru práce jsou stanoveny finanční náklady na projekt a určeny očekávané úspory, které z důvodu nízké frekvence využití budovy a spotřeby teplé vody dosahují relativně nízkých hodnot.
|
|
|
Numerické modelování proudového pole s odtržením
Šamša, Petr ; Elcner, Jakub (oponent) ; Jícha, Miroslav (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá problematikou modelování proudového pole s odtržením. V práci je probrán teoretický základ modelování turbulentního proudění spolu s uvedením rovnic turbulentních RANS modelů a popisu přístupů k modelování mezní vrstvy. V další části je provedeno modelování proudění uvnitř rovinného difuzoru s cílem volby vhodného turbulentního modelu a parametrů výpočetní sítě pro modelování odtržení proudu od stěny difuzoru. Následně je provedeno ověření autorova výběru pomocí prostorové simulace, která má zajistit použitelnost výběru i v aplikacích mimo teoretickou rovinu znalostí. Práce je zakončena pojednáním, zda zvolené nastavení je použitelné pro praktické modelování v aeroakustice.
|
|
|
Development of Simulation Tool for Semi-Hermetic Compressor with the Objectives to Improve Efficiency
Tuhovčák, Ján ; Masaryk, Michal (oponent) ; Pavelek, Milan (oponent) ; Jícha, Miroslav (vedoucí práce)
Compressors are widely used across the all technical fields and current pressure on ecology increases the demand for more effective compressor with economical operation costs. The reasons for inefficiencies must be identified during the development process of a new compressor, where simulation tools might become very useful. There are many different tools for compressor analysis and choosing the right one is mostly dependent on the level of detail that must be analyzed. Models based on energy balance seem to be appropriate when the global parameters of a compressor are demanded. These models offer quick results with reasonable degree of accuracy in terms of basic compressor characteristics. The goal of this thesis is to develop such a simulation tool for a reciprocating compressor. The tool can predict compressor behavior based on compressor dimensions and valve properties. The processes inside the cylinder and heat transfer between the components of a compressor are analyzed using energy balance equation. Simulation tools were verified and experimentally validated using two different types of compressors, therefore they might be used for any reciprocating compressor under some conditions. Mathematical solution was developed in Matlab and therefore it is possible to add new sub-models or to couple the actual model with other simulation tools. This work also contains an analysis of heat transfer models used to predict heat transfer coefficient inside the cylinder and comparison with complex numerical approach. Impact of heat transfer on the compressor efficiency was evaluated too.
|
|
|
Řešení turbulentního dvoufázového proudění metodou Large Eddy Simulation
Volavý, Jaroslav ; Fürst, Jiří (oponent) ; Vimmr, Jan (oponent) ; Jícha, Miroslav (vedoucí práce)
Disertační práce se věnuje problematice numerických simulací vícefázového proudění, zvláště pak predikci pohybu disperzní fáze (částic) unášené proudem. Pro popis pohybu systému tekutina-částice je použit Euler-Lagrangeův přístup. To znamená, že tekutina je považována za kontinuum a pro popis jejího pohybu je použit Eulerův přístup, zatímco částice jsou uvažovány jako hmotné body a jejich pohyb je popsán pomocí přístupu Lagrangeova. Pro vyřešení pohybu nosné fáze je použita moderní metoda Large Eddy Simulation. Byla provedena série simulací zpětného proudu za schodem s částicemi a byla sledována modulace turbulence částicemi. Koncentrace částic v~proudu je dostatečně vysoká, aby se projevil vliv částic na nosný proud. Turbulence na vstupu do domény je reprezentována pomocí vyvinutého schématu pro generaci turbulence na vstupu. Dále je v práci zkoumán vliv anizotropního rozkladu subgridní energie na pohyb částic.
|
|
|
Optimalizace mikroklimatu v kabinách malých dopravních letadel
Fišer, Jan ; Janotková, Eva (oponent) ; Masaryk, Michal (oponent) ; Patočka, Stanislav (oponent) ; Jícha, Miroslav (vedoucí práce)
Disertační práce se zabývá návrhem a optimalizací prostředí v kabinách malých dopravních letadel a to zejména z hlediska tepelné pohody prostředí a kvality větrání. Byly optimalizovány části distribučních systémů vzduchu a konstrukční opatření, která na základě rešerše problematiky a zkušeností autora mohou mít největší vliv na tepelnou pohodu a kvalitu větrání. Zvolené úpravy a jejich vliv na vnitřní mikroklima kabiny byly vyšetřovány pomocí CFD modelu, který byl nejprve validován pomocí výsledků získaných z měření proudových a teplotních polí v maketě kabiny malého dopravního letadla EV-55. Byly vyšetřovány: Optimalizace typu distribuce větracího vzduchu, Optimalizace geometrie distribučních vzduchovodů, Optimalizace tloušťky tepelné izolace a Optimalizace emisivity vnitřních povrchů. Tepelná pohoda byla posuzována na základě metodiky ekvivalentní teploty a diagramu komfortních zón vyvinutých H. O. Nilssonem. Pro posouzení kvality větrání byl použit koncept založený na simulaci indexu stáří vzduchu. Celkem bylo simulováno 50 modelových případů a na základě jejich výsledků byl jako optimální vyhodnocen systém Modifikovaného směšovacího větrání s geometrií vzduchovodů navrženou autorem práce. V kombinaci s vysokým zateplením stěn a vysokou emisivitou interiéru, pak tento systém větrání zajišťuje nejvyšší tepelný komfort a kvalitu větrání pro zkoumaný rozsah okolních a provozních podmínek.
|
|
|
Experimentální výzkum transportu a depozice aerosolů v dýchacím traktu člověka
Lízal, František ; Janotková, Eva (oponent) ; Adamec, Vladimír (oponent) ; Jícha, Miroslav (vedoucí práce)
Vdechovaný aerosol má značný vliv na zdraví každého člověka. Pochopení mechanismů transportu a depozice aerosolu v lidských plicích je nutnou podmínkou jak pro lepší ochranu před toxickými účinky škodlivých částic, tak zejména pro efektivní použití inhalovaných terapeutických aerosolů. Smyslem této dizertační práce proto bylo získat nové poznatky v této oblasti na základě in vitro prováděných experimentů. Pro měření transportu aerosolu byla zvolena fázová Dopplerovská anemometrie, kterou byla měřena současně rychlost i velikost částic. Výsledky byly zpracovány metodami statistické a frekvenční analýzy. Depozice sférických aerosolových částic byla měřena pozitronovou emisní tomografií, fázově kontrastní mikroskopie kombinovaná s automatickou analýzou obrazů byla využita pro měření depozice vláknových částic. Všechny experimenty byly provedeny na fyzických modelech plic vytvořených na základě reálné geometrie. Výsledkem práce jsou poznatky o charakteristikách proudění, přechodu z laminárního do turbulentního režimu, vlivu režimu dýchání a velikosti částic na transport aerosolu a rozložení depozice aerosolu při různých režimech. Porovnáním depozice na realistickém a semirealistickém modelu s válcovými stěnami byl zjištěn zásadní vliv realistické ústní dutiny. Získané poznatky slouží nejen k rozšíření současných znalostí o chování aerosolu v plicích, ale mohou být použity i pro validaci numerických simulací.
|
|
|
Assesment of the Thermal Environment in Vehicular Cabins
Fojtlín, Miloš ; Khoury, Roch El (oponent) ; Havenith, George (oponent) ; Jícha, Miroslav (vedoucí práce)
People in developed countries spend substantial parts of their lives in indoor environments both during free time and while working. For this reason, there has been increasing interest in the quality of the indoor environment. The main emphasis of past research has been directed towards understanding the fields of human health, productivity, and comfort. One important contributor to all three fields is the thermal aspect of the environment, which is often represented by physical quantities such as air temperature, radiant temperature, air humidity, and air velocity. While weather-independent control of these parameters is possible via heating, ventilation, and air-conditioning systems (HVAC), a major limitation is that these systems are related to substantial energy consumption and carbon footprint. The complexity of thermal management is amplified in vehicular cabins because of their asymmetric and transient nature. Moreover, in electric vehicles, the available energy for microclimate management comes at the cost of driving range, and therefore, new solutions for more effective and human-centred ways of managing the indoor microclimate are sought. One of the promising ways to address these issues is via local conditioning with the vehicle seats or auxiliary radiant panels operating in synergy with an HVAC unit. At the same time, the optimization and research tasks are being shifted towards virtual investigation to mitigate the need for costly and often ethically concerning human studies. To do so, models of human thermo-physiology and thermal sensation/comfort have been developed. Yet, for their reliable applications, many factors regarding high heterogeneity, clothing, the thermal mass of the adjacent surfaces, and active seat conditioning have not been resolved. The aim of this thesis was to develop a methodology to assess human thermal sensation while in a sitting body position, including local conditioning factors such as heated and ventilated seats. A requirement of the method was applicability in both virtual and real indoor spaces. In the latter case, the focus was a thermal-sensation-driven feedback loop allowing for human-centred microclimate management. The validity of the proposed methodology was demonstrated under typical cabin conditions (5–41 °C) and the findings from this PhD project are transferable to a broad variety of engineering fields. In passenger transport and occupational environments with higher heat strain, environmental engineers can benefit from a tool to identify sources of thermal discomfort and potential hazards of fatigue. Furthermore, the methodology can be of great merit to the rapidly developing electric vehicle industry, facilitating emphasis on energy efficient microclimate management. The virtual optimization of the conditioning strategies reduce the need for human studies, allow rapid prototyping, and have great potential to bring energy savings as well as increased driving range. Finally, the know-how presented is also applicable in built environments, where similar conditions apply.
|
|
|
Determination of Clothing Evaporative Resistance for - Thermo-Physiology Modelling using a Thermal Mannequin
Toma, Róbert ; Hes,, Luboš (oponent) ; Lunerová, Kamila (oponent) ; Jícha, Miroslav (vedoucí práce)
Global warming and environmental changes are currently one of the main topics discussed around the world. As we could start to see the signs of climate changes, more attention needs to be placed on the protection of humans health, as the changing climate could have impact also in places, were it was not the case in the past. Many professions, especially the ones using some kind of protective clothing, could be in danger from heat stress. It is known that sweat evaporation is the main thermoregulatory feature for a heat dissipation from the human body to the environment and these protective clothing, with combination with higher metabolic rates during the work, could be potentially dangerous. These are the reason why heat stress prediction models and thermo physiological models are being enhanced and used widely. One of the most problematic input data for these models are clothing properties - thermal insulation, clothing area factor and evaporative resistance, whose inaccuracy could have huge impact on the resultant physiological prediction. Although thermal insulation measurements on thermal manikins are well tested, precise and reliable, this cannot be said about measurement of evaporative resistance using manikins, including manikin NEWTON at Brno University of Technology. Thus, the aim of this study was the development of the measurement procedure and calculation methods to determine clothing evaporative resistance using thermal manikin NEWTON at BUT. Measurement setup and methodology was successfully validated using dataset measured on manikin TORE at Lund University, with the results laying within 4 % of the mean values in all but two cases. The results shows that with strict measurement methodology, it is possible to achieve good reproducibility of the measurement, which was not the case in previous studies. Furthermore, the results shows that repeatability of the measurement is also within 4 % on both manikins, as same repeatability precision is set in the standards for thermal insulation measurements. Lastly, the mass loss method is essentially correct and closer to the physical nature of heat transfer by sweating, but with the current technical limitations, it is very challenging to obtain local evaporative resistance values from this method. Thus, heat loss method must be used to obtain these local values. Multiple corrections for the calculation of evaporative resistance values from the heat loss method were tested and verified. This could be of interest to engineers and researchers in the field of thermo physiological modeling, as local values of clothing properties are essential to obtain precise physiological predictions. Finally, the possibility to obtain evaporative resistance values at BUT could potentially bring new opportunities for projects and cooperations.
|
|
|
Projektování systémů přenosu a využití tepla z Termokompostu
Dokoupilová, Bára ; Jícha, Miroslav (oponent) ; Fišer, Jan (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá využitím biotermální energie uvolňující se při rozkladných procesech v kompostu. Cílem práce je vysvětlit principy vzniku tepla v kompostu, shrnout možnosti jeho odběru a navrhnout vhodné využití tohoto zdroje pro potřeby reálné budovy. V teoretické části jsou srovnány různé možnosti využití biomasy, popsán biochemický průběh rozkladu organické hmoty, představen pojem termokompost, prezentovány různé způsoby odběru vznikajícího tepla a uvedeny možné aplikace této technologie. V praktické části je na základě získaných poznatků navržena instalace termokompostu a jeho připojení ke stávajícímu systému vytápění a ohřevu teplé vody v Ekocentru Karpaty v Nové Lhotě u Hodonína. Vzhledem k nízkoteplotní povaze zdroje a režimu využití budovy je doporučena akumulace vzniklého tepla v akumulační nádrži a jeho primární využití pro předehřev teplé vody. Pro případ dostatečně vysokých teplot v termokompostu je do návrhu zahrnuta také možnost předehřevu topné vody. V závěru práce jsou stanoveny finanční náklady na projekt a určeny očekávané úspory, které z důvodu nízké frekvence využití budovy a spotřeby teplé vody dosahují relativně nízkých hodnot.
|
host ::
RSS.