|
|
Thermodynamic modelling of hydrogen fuel cells
Nováček, Marek ; Pavelka, Michal (vedoucí práce) ; Němec, Tomáš (oponent)
V této bakalářské práci jsou zkoumány palivové články s membránou pro výměnu protonů. Na začátku jsou uvedeny myšlenky, na nichž stojí funkce těchto článků, a před- staveny některé možnosti využití. Posléze se zaměřujeme na popis dějů probíhajících uvnitř článku, a to v souladu se zákonitostmi termodynamiky a s materiálovými vztahy získanými experimentálně. Konkrétně nás zajímají toky vody a protonů skrze mem- bránu, kde působí termodynamické síly, a elektrochemické reakce na elektrodách, jež můžeme vystihnout Butler-Volmerovými rovnicemi. Na základě produkce entropie způ- sobené těmito ději v článku zkoumáme také jeho účinnost. Cílem výpočetní části této práce je navrhnout přibližný bodový model článku, který bychom následně porovnali s výsledky doktorské práce vedoucího této práce bakalářské. 1
|
|
|
Thermodynamic modeling of rolling fluid turbine
Kincl, Ondřej ; Pavelka, Michal (vedoucí práce) ; Hron, Jaroslav (oponent)
v češtině Ondřej Kincl 21 května 2020 SETUR je malá vodní turbína vynalezená Doc. Ing. Miroslavem Sedláčkem CSc. v roce 1998, která nepoužívá lopatky, vykazuje některé zvláštní vlastnosti a funguje na principu dosud nepoznaného hyd- raulického jevu. Tato diplomová práce je pokusem najít vysvětlení s využitím Navier-Stokesových rovnic. Domníváme se, že fungování turbíny lze chápat jako jev, kdy odpor prostředí otočí znaménko a tekutina tak způsobuje kladnou reakci na vlastní pohyb turbíny. Tato myšlenka je prozkoumána ve zjednoduše- ném analytickém modelu. V závěru je pak vytvořen trojrozměrný numerický model, který tuto myšlenku potvrzuje.
|
|
|
Hamiltonian and thermodynamic theory of solids and fluids
Sýkora, Martin ; Pavelka, Michal (vedoucí práce) ; Klika, Václav (oponent)
Běžný přístup k popisu mechaniky kontinua, založený na bilanci hmotnosti, hybnosti, momentu hybnosti a energie, je velice úspěšný. Bohužel však mezi ním a Hamiltonovskou mechanikou popisující kinematiku isolovaných částic není téměř žádné propojení. Oba tyto obory jsou proto značně odděleny. Nicméně existuje i jiný přístup k mechanice kontinua, jehož vratná část je založena právě na Hamiltonovské mechanice a jeho nevratná část je generována disipačním po- tenciálem. Tento přístup, nazývaný GENERIC, tak lze vnímat jako zajímavý most mezi spojitými a diskrétními systémy. V této práci GENRIC aplikujeme na mechaniku kontinua, odvodíme pohybové rovnice a porovnáme je s výsledky standardní teorie. Následně uvedeme a analyzujeme jak analytická, tak numerická řešení několika modelových příkladů.
|
|
|
Modelling of heterogeneous catalytic reactions in chemical reactors
Orava, Vít ; Hron, Jaroslav (vedoucí práce) ; Pavelka, Michal (oponent) ; Růžička, Marek (oponent)
Tato práce se zabývá modelováním heterogenních katalytických reaktorů a je rozdělena do dvou částí. První část se zaobírá průmyslovým prototypem fluidního lože sloužícího jako generátor plynného vodíku na bázi endotermního rozkladu kyseliny mravenčí. Po počátečním určení fyzikálních a chemických vlastností reaktoru je odvozen systém devíti komponent, který je následně redukován na problém třífázového proudění. Po- hyb pevných částic a bublin pohybujících se kapalinou je modelován pomocí Basset- Boussinesq-Ossen rovnice. Následným průměrováním pohybových rovnic odvodíme konečný systém ve tvaru třífázového Euler-Euler modelu. Na závěr první části práce se zabýváme numerickou simulací, porovnáním jejich výsledků s experimentem a CFD analýzou. Druhá část práce pojednává o transportních procesech mezi katalytickými plochami a objemovou fází. Vhodnou volbou termodynamických potenciálů a identifikací ob- jemové a povrchové produkce entropie obdržíme konstitutivní vztahy, které svou konstrukcí již automaticky splňují druhý zákon termodynamiky. Odvozený model je vhodný pro analýzu zahrnující adsorpční modely Langmuirova typu i jiné sorpční modely. Klíčová slova: Heterogenní...
|
|
|
Modeling of porous metal oxide layer growth in the anodization process
Habera, Michal ; Hron, Jaroslav (vedoucí práce) ; Pavelka, Michal (oponent)
Pri vhodných podmienkach vedie anodická oxidácia k rastu komplexných poréznych štruktúr. Zrod a rast týchto štruktúr je zaujímavou a náročnou úlohou pre elektrochemické modelovanie. Je nutné identifikovať chemické reakcie vo viacfázovom systéme, odvodiť pre ne parciálne diferenciálne rovnice a riešiť ich v časovo závislých oblastiach. V tejto práci je prezentovaný elektrochemický model pre rast oxidu v nano škálach. Fyzikálne motivované rovnice sú formulované s presným matematickým významom a je skúmaná existencia riešenia. Je hľadaný elektrostatický potenciál splňujúci zákon vodivosti vo vysokých elektrických poliach a skokové podmienky na rozhraniach. Numerická diskretizácia je zavedená pomocou metódy konečných prvkov a voľné hranice sú sledované pomocou level- set metódy. Je podaný základný mechanizmus riadiaci rast poréznych štruktúr a numerické experimenty sú vysvetlené na jeho základe. Táto diplomová práca prináša nové poznatky do súčasného elektrochemického a matematického pohľadu na rast nanopórov.
|
|
|
Simulation of two-dimensional flow past obstacles using lattice-gas cellular automata
Tomášik, Miroslav ; Scholtz, Martin (vedoucí práce) ; Pavelka, Michal (oponent)
Cellular automata constitutes a unique approach to the modeling of complex systems. The major phase of their development in continuum mechanics came in the late 80s, but the closer inspection of their macroscopic limit revealed that it does not accurately correspond to hydrodynamic equations. Besides the Lattice-Boltzmann model, various other approaches to improve LGCA have emerged. The main focus of our research is on the Pair-interaction cellular automaton. In this thesis, we propose the non-deterministic variant of this automaton, and we compare it with its predecessor on the simulations of the "exploding cube", Taylor- Green vortex and fully developed turbulence. The results for the non-deterministic automaton seem quiet reasonable, but derivation of the hydrodynamic equations is necessary to conclude in what extent it solves the problem with anisotropic viscosity.
|
|
|
Thermodynamic analysis of processes in Hydrogen fuel cells.
Pavelka, Michal
Tato práce se zabývá nerovnovážnou termodynamikou, která slouží k odvození evolučních rovnic makroskopických a mezoskopických systémů. Je například ukázán vztah mezi teorií GENERIC (General Equation for the Nonequilibrium Reversible-Irreversible Coupling) a (ne)vratností a Onsager-Casimirovy relace reciprocity jsou pak z této teorie odvozeny. Následně jsou v rámci nerovnovážné termodynamiky odvozeny modely palivových článků a příbuzných zařízení a teoretické předpovědi jsou porovnány s výsledky experimentů. V práci je také odvozeno zobecnění analýzy exergie, které přináší novou metodu pro odhalování mapy ztrát užitečné práce v zařízeních produkujících elektřinu. Tato metoda vyžaduje, aby bylo zařízení popsáno nerovnovážně termodynamickým modelem, a obecná teorie nerovnovážné termodynamiky se tak stává nedílnou součástí popisu a optimalizace zařízení produkujících energii.
|
|
|
Thermodynamic analysis of processes in Hydrogen fuel cells.
Pavelka, Michal ; Maršík, František (vedoucí práce) ; Grmela, Miroslav (oponent) ; Sciacovelli, Adriano (oponent)
Tato práce se zabývá nerovnovážnou termodynamikou, která slouží k odvození evolučních rovnic makroskopických a mezoskopických systémů. Je například ukázán vztah mezi teorií GENERIC (General Equation for the Nonequilibrium Reversible-Irreversible Coupling) a (ne)vratností a Onsager-Casimirovy relace reciprocity jsou pak z této teorie odvozeny. Následně jsou v rámci nerovnovážné termodynamiky odvozeny modely palivových článků a příbuzných zařízení a teoretické předpovědi jsou porovnány s výsledky experimentů. V práci je také odvozeno zobecnění analýzy exergie, které přináší novou metodu pro odhalování mapy ztrát užitečné práce v zařízeních produkujících elektřinu. Tato metoda vyžaduje, aby bylo zařízení popsáno nerovnovážně termodynamickým modelem, a obecná teorie nerovnovážné termodynamiky se tak stává nedílnou součástí popisu a optimalizace zařízení produkujících energii.
|
|
|
Termodynamická analýza procesů v polymerní elektrolytické membráně palivového článku
Pavelka, Michal ; Maršík, František (vedoucí práce) ; Málek, Josef (oponent)
Termodynamická analýza procesů v polymerní elektrolytické membráně palivového článku Michal Pavelka April 12, 2012 Abstract Vodíkové palivové články1 se mohou stát klíčovou technologií 21. století, a proto je důležité umět popsat jejich chování. V této práci se zaměřujeme na vodíkové palivové články s polymerní elektrolytickou membránou. Pro membránu využíváme již existující model2 . Model zasazujeme do teorie směsí, kterou budujeme podobně jako se děje v klasické učebnici od Mazura a de Groota3 a kterou doplňujeme o tak zvané vniřní potenciální energie. Vnitřní potenciální energie nám pak umožňují popsat makroskopické důsledky vnitřních sil mezi vodou a polymerem v membráně a zahrnout tak do modelu membrány vliv gra- dientu povrchového napětí vody v membráně. Model řešíme numericky v 1D aproximaci. Následně určujeme vliv membrány a jednotlivých procesů v ní na účinnost palivového článku. 1 viz. například Larminie, J. and A. Dicks. Fuel Cell Systems Explained. 2nd edition. John Wiley & Sons Ltd., 2003. ISBN 0-470-84857-X. 2 Weber, A. Z. and J. Newman. Transport in Polymer-Electrolyte Membranes I, II, III. J. Electrochem. Soc., 150 (7), A1008-A1015, 2003; 151 (2), A1311-A1325, 2004.; 151 (2), A1326-A1339, 2004 3...
|
|
| |
host ::
RSS.