KOVÁČ, S. Termoregulačního generátor pro malý spalovací kotel [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2023.

Posudek vedoucího

Jecha, David

Student vypracovával poměrně složité téma a to návrh aplikace termoregulačního modulu (TEG) pro malý spalovací kotel. Stěžejní práce byly směřovány na matematický model řešený pomocí CDF, který měl dát podklad pro umístění TEG v daném kotli. Pro danou aplikaci byl zvolen zplyňovací kotel, který má z kotlů pro domácnost nejnižší spotřebu a tak navržený TEG modul bude mít nejlepší poměr k investovaným prostředkům a provozu kotle. Kotel byl umístěn na zkušebně kotlů a souběžně na něm probíhali procesní měření, ke kterým měl student přístup. Geometrii kotle získat z dokumentace poskytnutým výrobce kotle. Student měl data z měření všech potřebných veličit a mohl dobře demonstrovat průběh zkoušky a výběr daných parametrů. Taktéž měl záznam z měření teplotního pole. Bohužel student využil pouze část dat a popis daných parametrů je dosti strohý bez formálních náležitostí (jednotek atd.). V první části popisuje autor TEG moduly a jejich možné materiálové kombinace vzhledem použití za různých teplot. Bohužel zde postrádám nějakou návaznost na danou problematiku, kde by dané materiály využil a s jakou účinností lze přepokládat. Jak jsem již zmínil student měl možnost se prakticky seznámit s daným kotel a jeho provozem. TEG modul má svým el. výkonem poskytnout dostatek energie pro provoz a kotle popřípadě její akumulaci pro další start kotle. Bohužel popis je minimální a zaměřený pouze na ventilátor spalinového vzduchu. Kotel potřebuje pro svůj provoz i el. energii pro řídící jednotku a oběhové čerpadlo kotle, které zde nejsou vůbec zmíněny. Popřípadě by zde mohla být popsána optimalizace spotřeby elektrické energie. Popis průběhu experimentu měření teplotního pole před dvířky je dosti minimalistický. Autor mohl udělat model, kde by bylo vidět umístění jednotlivých termočlánků nebo to alespoň popsat do fotografie. Tabulky jsou bez popisek a jednotek a jejich úprava je dosti podprůměrná. Další částí práce je samotný matematický model. Zde bych shrnul poznatky kolegy Ing. Tomáš Juřena Ph.D., který mi pomáhal vést tuto práci a koordinoval studenta v této problematice. Autor zcela se zcela zbytečně věnuje popisu postupu, který je zjevně přeložen z manuálu. Popis modelu je matoucí a na mnoha místy dokonce chybný. Matoucí v tom, že informace jsou roztroušené a nestrukturované. Např. kapitola 3.4.1 s názvem Okrajová podmínka Inlet vůbec neobsahuje informaci o okrajové podmínce typu inlet. Autor označuje celou kapitolu 3.4 jako Okrajové podmínky, ale přitom mnohé okrajové podmínky jsou i v navazujících kapitolách (3.7 pro přestup tepla na straně vody). Chybná tvrzení lze najít i v ostatních kapitolách (od tvorby geometrie, síťování přes výběry modelů, jejich popis až po výsledky). Značné nejasnosti jsou v popisu modelu hoření, např. odstavec před kap. 3.12 – student absolutně nerozlišuje, co je turbulentní model, co je model pro chemické reakce atd. Zde není jasné, zda použil EDC (Eddy Dissipation Concept) nebo EDM (Eddy Dissipation Model) jak píše autor. Popis totiž sice naznačuje EDC, ale obrázek 29, který má osvětlit nastavení přidané reakce vodíku s kyslíkem, ukazuje nastavení EDM. Autor se nedostatečně věnuje k výsledkům jednotlivým modelům. Některé interpretace jsou místy chybné, např. to že mu zplyněné látky z paliva proudí správným směrem pod zásobník do míst s tryskami určitě není způsobené primárně difuzí, která bude zřejmě řádově slabší než aerodynamické síly v důsledku podtlaku u trysek. Některé výsledky vlastně ani nejsou výsledkem, jako např. grafy iteračního vývoje teplot na obr. 26-27, které ve skutečnosti pouze dokumentují průběh výpočtu z hlediska konvergence. Pro správné pochopení výpočtu chybí informace o nastavení řešiče (typ, diskretizace rovnic, relaxace atd.) a dosažené úrovni konvergence modelu hoření - monitoring reziduí, monitoring ustálení fyzikálních veličin jako teplota, tepelný tok, hmotnostních toků. Autor tedy neposkytne dost informací o posouzení spolehlivosti modelu. Celkově grafická úroveň výstupů je podprůměrná. Dále výsledky poskytnuté matematickým modelem nejsou dostatečně porovnány s experimentálním měřením a matematický model nebyl dostatečně upraven, aby rozdíl kontrolních bodů (měřeného teplotního pole) byl minimalizován. Zde již student asi neměl čas toto dokončit. Nyní je rozdíl mezi experimentálně získanými daty a z matematického modelu je 63°C. Poslední bodem je volba TEG a konstrukční řešení celého modulu. Toto jsou nejdůležitější výsledky práce. Bohužel zde již nezbylo autorovi mnoho sil a času k důkladnému popisu této kapitoly. Není úplně vysvětleno, proč jsou zvoleny zrovna tyto moduly s maximální teplotou 250°C, když měřená teplota na dvířkách byla 411°C a 388°C. Z obrázků 39 a 40 není jasné konstrukční řešení. Bohužel diplomová práce má mnoho formálních a grafických chyb. Běžně tyto chyby nějak nevypisuji, ale přesto bych uvedl několik příkladů (záhlaví na titulní straně, chybí číslování stran, obsah (několik stylů písma, nevhodné dělení do kapitol a podkapitol, …), číslování citací začíná 29, popisky obrázků zarovnání vpravo, student nerozlišuje dolní a horní indexování, neodkazuje se na obrázky v textu, skoro všechny tabulky nemají popis řádků a sloupců, některé citace neodpovídají normě, atd.). Autor práce sice prokázal určitou znalost dané problému včetně vytvoření bilancí pro okrajové podmínky a zvládnutí matematického modelu se simulací hoření, ale bohužel již nedokázal interpretovat daný postup a hlavně zásadní výsledky práce. Bohužel práce má i mnoho formálních chyb. Z těchto důvodů nedoporučuji práci k obhajobě.

Posudek oponenta

Babička Fialová, Dominika

Autor zpracoval výpočetně orientovanou práci na téma termoregulačního generátoru (TEG) pro malý spalovací kotel. Kapitola 1 je rešeršně pojatá, ale obsahuje i informace o konkrétním zplyňovacím kotli, u něhož je plánovaná instalace TEG. Ve druhé kapitole autor shrnuje základní parametry zjištěné ze spalovací zkoušky, které sloužily k validaci CFD modelu kotle. Kapitola 3 je nejrozsáhlejší a pojednává o tvorbě výpočetního modelu spalinového prostoru kotle od tvorby výpočetní sítě přes nastavení okrajových podmínek až po simulaci spalování dřeva. Součástí byla i simulace proudění teplé vody. Poslední klíčovou kapitolu 4 věnoval autor problematice modulu TEG – volbě vhodného typu, teplotním podmínkám a instalaci. Formálně se autor věnoval všem bodům zadání, nicméně praktické provedení i popis prací mají nízkou úroveň a mám k nim řadu výhrad. Co se týče formálních nedostatků, jako první bych vytkla absenci číslování stran. Rozdělení textu je místy nelogické, kdy nadpis podkapitoly vůbec nereflektuje, co je uvedeno v následujícím textu. Chybí také výraznější úrovňování, zvláště v rešeršní kapitole 1 (typicky části 1.9–1.11 by bylo vhodné včlenit do podkapitoly 1.8). Orientaci v textu ztěžuje extrémní množství překlepů, chybějící slovesa či čárky ve větách nebo věty náhle ukončené. Formátování textu je mizerné, odkazy na čísla obrázků od poloviny práce v podstatě chybí, tabulky nejsou jednotné, přičemž na tabulku 7 není vůbec odkazováno ani náznakem. Chybí také seznam použitých symbolů a zkratek. Jako alarmující bych označila práci se zdroji. Velmi často autor neuvádí zdroje, což u informací, jako jsou např. entalpie složek spalin pro teploty 0–2500 °C, hodnoty reakčního tepla, model radiace či turbulentní model, působí minimálně podezřele. U uvedených zdrojů pak ve většině chybí takřka všechny povinné údaje. Co se týče faktických výhrad, které mají dopad na hodnocení splnění cílů zadání, rešerše problematiky termoelektrických principů a používaných materiálů je zpracována velmi povrchně. U popisu akvizice experimentálních dat chybí informace o době průměrování a standardní statistické údaje jako např. směrodatná odchylka od průměrně naměřené hodnoty. Postrádám také schéma doplněné o kóty umístění snímačů teploty pro stanovení teplotního pole. Geometrie kotle měla být součástí příloh diplomové práce, jak uvádí autor, avšak žádné přílohy dodány nebyly. Chybí též přehled základních parametrů kotle, které měla zkouška ověřit. Popis modelování pomocí CFD se soustředí hodně na obecné informace, které jsou k nalezení v tutoriálech programu ANSYS Fluent, přičemž popis vlastního nastavení je často věnován marginalitám (např. obsáhlý popis pojmenování ploch modelu), je poměrně nepřehledný, s chybami v překladu anglických pojmů, místy bez relevantního komentáře výběru konkrétních metod řešení. Celkově kapitola působí zmateně a nedotaženě, což je nejvýrazněji patrné u velmi úsporné analýzy výsledků simulací. Srovnání s experimentem je provedeno pouze slovně a autor sice uvádí možné příčiny velkých rozdílů mezi výsledky simulací a experimentu, ale nenavrhuje případná další opatření, která by vedla k přesnější reprezentaci reálného kotle numerickým modelem. Popis teplotního pole měl být hlavním výstupem předložené diplomové práce, nicméně ten zcela chybí, je pouze stanoveno 12 teplot. Co se týče návrhu TEG, nerozumím výběru mezi dvěma moduly, z nichž jeden je výkonově nedostatečný. Postrádám také detailnější komentář, proč nebyla zvolena pro instalaci dvířka, u nichž bylo zjišťováno teplotní pole. Zde by autor mohl velmi dobře zužitkovat diskuzi výsledků simulací a jejich dopadu na provedení TEG v řešeném kotli. Zvolené téma reflektuje probíhající výzkum a má velký přínos pro společnost. Zároveň takto komplexní práce vyžadovala spojit znalosti z řady oblastí procesního inženýrství. Autor však nenaplnil potenciál ambiciózního tématu a nároky kladené na diplomové práce. Práci v tomto stavu nedoporučuji k obhajobě.

eVSKP id 154121