|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
Metoda řešení úloh vedení tepla v materiálu s fázovou změnou s obsahem nanočástic
Kopečková, Barbora ; Knotek, Stanislav (oponent) ; Jícha, Miroslav (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá problematikou vedení tepla v materiálech s fázovou přeměnou (PCM) a v PCM s obsahem nanočástic. Podrobněji uvádí odvození jak stacionárních, tak i nestacionárních rovnic vedení tepla pro 1D, 2D i 3D případy. Pro řešení těchto rovnic je použita metoda konečných objemů, jejíž princip je zde také důkladně popsán. Cílem práce je vývoj modelu pro 2D řešení teplotního pole při vedení tepla v PCM a posouzení vlivu implementace nanočástic do tohoto materiálu na dané teplotní pole. K vývoji modelu, výpočtům a vykreslení grafů byl použit software MATLAB.
|
|
|
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.
|
|
|
Nepřímotopný ohřev vzduchu
Beneš, Josef ; Adam, Pavel (oponent) ; Počinková, Marcela (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá nepřímotopným ohřevem vzduchu ve vzduchotechnických jednotkách. V teoretické části práce jsou vymezeny jednotlivé druhy výměníků v závislosti na druhu umístění ve vzduchotechnickém systému, na druhu použitého materiálu a druhu teplonosné látky. Problematice výpočtu přenosu tepla u výměníků a popisu způsobů regulace primární teplonosné látky je věnována samostatná kapitola. V experimentální části se práce zaměřuje na stanovení výkonu stávajícího vzduchotechnického výměníku při určitém teplotním spádu a různých teplonosných látkách. Ve výpočtové části, na základě hodnot stanovených měřením, jsou navrhnuty dvě varianty řešení pro využívání technologického odpadního tepla. Pro závěrečné zhodnocení jednotlivých řešení byla jako kritéria zvolena efektivita využití a investiční náklady nutné pro realizaci.
|
|
|
Rozvoj inverzních úloh vedení tepla se zaměřením na velmi rychlé procesy v mikroskopických měřítcích
Bellerová, Hana ; Jaroš, Michal (oponent) ; Dohnal, Mirko (oponent) ; Raudenský, Miroslav (vedoucí práce)
Řešením inverzní úlohy je okrajová podmínka v rovnici vedení tepla. Z její znalosti lze určit teplotní pole chlazeného tělesa. V práci jsou zkoumány způsoby, jak zvýšit přesnost výsledků získaných řešením inverzní úlohy založeném na Beckově sekvenčním algoritmu. Pozornost je zaměřena na děje, při kterých se okrajová podmínka mění velmi rychle, a je tak náročnější ji určit. Je ukázáno, že umístění a typ termočlánku hrají v přesnosti výpočtu zásadní úlohu, dále to je frekvence měření a rozlišitelnost přístroje pro záznam dat z termočlánku. Také nastavení parametrů inverzní úlohy je nutno pečlivě uvážit. Poznatky z teoretické části práce jsou využity v experimentální části, v níž je zkoumána chladicí intenzita při ostřiku ocelového vzorku vodou s nanočásticemi Al2O3, TiO2, Fe a uhlíkovými nanovlákny MWNT o třech různých koncentracích. Experimenty byly provedeny pro tři různé ostřikové vzdálenosti (40, 100, 160 mm), tři průtoky (1, 1.5, 2 kg/min) a dva typy trysek (kuželová a jednopaprsková). Z porovnání s vodou je intenzita chlazení nanokapalinami překvapivě nižší a to až o 30% s výjimkou 1 hm.% uhlíkových nanovláken ve vodě dopadajících na horký povrch ze vzdálenosti 100 mm. V tomto případě bylo dosaženo zvýšení až o 174%. Na závěr jsou vyloženy možné důvody pozorovaného chování nanokapalin.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
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.
|
|
|
Metoda konečných prvků pro úlohy přenosu tepla
Čupr, Pavel ; Chabičovský, Martin (oponent) ; Štětina, Josef (vedoucí práce)
Práce je zaměřena na popis problematiky vedení tepla a jejího praktického využití při posuzování stavebních konstrukcí. Je zde shrnuta teorie vedení tepla, základní principy metody konečných prvků a přehled současných volně dostupných MKP programů na bázi otevřeného kódu. Práce se zabývá posouzením zadané stavební konstrukce z hlediska vedení tepla. Zadaná úloha je řešena analyticky a numericky programem Ansys. Na závěr je provedeno srovnání získaných výsledků a posouzení stavební konstrukce z hlediska přijatelnosti rozložení teplot.
|
host ::
RSS.