BALKO, M. Studium přenosu tepla turbulentním prouděním v studeném héliovém plynu v experimentu s Rayleigh-Bénardovou konvekcí na ÚPT AV v Brně [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2021.

Posudek vedoucího

Macek, Michal

Diplomová práce je založena na zpracování dat z různých kryogenních experimentů zkoumajících přenos tepla a hybnosti turbulentní Rayleigh-Bénardovou konvekcí lišících se geometrií experimentální válcové cely (poměr průměru k její výšce gamma = 1, resp. gamma = 2). Těžištěm práce je vyhodnocení různých typů Reynoldsových čísel na základě statistického zpracování dlouhých časových řad teplotních fluktuací o velikostech řádu milikelvinů uvnitř konvekční cely. Vyhodnocení Reynoldsových čísel je zcela novým příspěvkem této práce. Diplomant se podílel na vývoji nové metody zpracování časových řad signálů teplotních fluktuací, která ošetřuje nestacionaritu signálu v důsledku intermitentních změn směru proudění na největších prostorových škálách v dané aparatuře ("obracení směru větru"). Výsledkem je přesnější určení Reynoldsových čísel pro jednotlivé "směry větru" v cele s gamma = 1. Diplomant napsal části kódu k vyhodnocení dat a následně analyzoval výsledky experimentů. Metoda se osvědčila a bude používána v plánovaných publikacích. Práce obsahuje z pedagogických důvodů také vyhodnocení efektivity přenosu tepla, vyjádřeného Nusseltovým číslem. Nussletova čísla pro dané experimenty byla již v minulosti vyhodnocena a pro celu s geometrií gamma = 1 již publikována; diplomant je reanalyzoval. Práce by z mého hlediska mohla být lepší v následujících ohledech: 1. Zvolená forma výkladu střídá pasáže založené na publikované literatuře s vlastními příspěvky, což je patrné např. z pořadí obrázků. Tento způsob může být pedagogicky přínosný, nicméně v aktuální podobě má z mého pohledu za následek, že se v množství obrázků ztrácí klíčové výsledky práce (kterými z jsou obrázky 35, 36 a 49). Oceňuji však, že původ obrázků je v závěru práce (str. 68-69) přehledně specifikován. 2. Kapitoly 2.2.2 a 2.2.4 nejsou dostatečně dobře interpretačně vztaženy k výsledkům v kap. 4.4, a působí v textu trochu jako "slepé uličky". Příklad: V diskuzi by mělo stát explicitně kterým režimům Grossmann-Lohseho (GL) teorie experimentální data odpovídají (viz. obr. 13 na str. 30). Tvrzení na str. 65 "Mocnina Rayleighova čísla se blížila teoretické hodnotě 1/3, stanovené Grossmann-Lohseho teorií." je tvrzení nepřesné protože chybí jednak konkrétní režim, kterému se "mocnina" blíží, jednak exponent 1/3 byl před G-L teorií odvozen jinými autory (viz tabulka Tab. 1). Také chybí zmínka že vztahy vůči kterým jsou vynášeny "kompenzované závislosti" Nu(Ra) a Re (Ra), viz. např. rovnice (34), odpovídají často právě režimům GL teorie. 3. V práci se vyskytuje několik věcných chyb i u formulací v úvodu, např: - str. 15, nad rovnicí (2), tvrzení "Tato rovnice je odvozena pro konstantní hodnotu hustoty, tedy nestlačitelnou", není správně. Parametr rho v rovnici (1) nemusí být nutně konstanta. - str. 15, pod rovnicí (2) NS rovnice mají řešení i pro velice složité případy proudění, diplomant měl zřejmě na mysli řešení jednoduchých analytických tvarů. 4. V práci jsou občasné překlepy, např. - str. 56, ve větě "Obdobné výsledky včetně vlivu NOB ..." není čitelný odkaz na literaturu. Vůči původně navrženým cílům práce nastal posun v zaměření práce k obsahu výše uvedenému. Především: (i) kvůli ztíženému přístupu k experimentálním zařízením v důsledku pandemické situace jsme se rozhodli zpracovat experimentální data získaná kolegy na ÚPT v předchozích letech, (ii) dostatečně detailní porovnávání experimentálních dat s numerickými simulacemi vyžaduje rozsah práce vhodný spíše pro práci dizertační a bylo proto odloženo. Diplomant se k výzkumům připojil během letní stáže v ÚPT v roce 2020. Kladně hodnotím aktivní přístup diplomanta a pravidelné týdenní (v případě potřeb častější) konzultace, které probíhaly po většinu roku online. Oceňuji také snahu dokončovat práce načas, která je diplomantovi podle všeho vlastní. Pro budoucnost bych nicméně doporučil nepodléhat pokušení považovat dílo za hotové předčasně. Práci Marka Balka v souhrnu doporučuji k obhajobě a hodnotím celkovou známkou D.

Posudek oponenta

Štigler, Jaroslav

V diplomové práci se student zabývá velice zajímavým tématem. Prouděním, které je vyvolané ohřevem héliového plynu, konkrétně Rayleigh-Bénardovou konvekcí. Na tématu spolupracoval s laboratoří Ústavu přístrojové techniky, Akademie věd v Brně. Tato laboratoř je vybavena kryostatem, ve kterém je možné tento typ proudění zkoumat. Na začátku své práce se student zabývá teorií turbulentního proudění. V této kapitole je mnoho nepřesností, překlepů, a ne zcela přesných formulací. Tady bych očekával přesnější vyjadřování. Dále se student zabývá úvodem do dané problematiky. Vysvětluje, jak takové proudění v testovací cele vzniká. Je zde mnoho pojmů a termínů, které je třeba vysvětlit, aby čtenář následujícímu textu rozuměl. Některé pojmy student vysvětluje až později, a ne při prvním použití. Příkladem je pojem ultimátní režim RBC. Je to škoda, protože to ztěžuje porozumění textu. V dalších částech se zabývá popisem experimentálního zařízení, postupem měření a zpracováním naměřených dat. Jádrem práce je pak vyhodnocení naměřených dat, které mu byly poskytnuty vedoucím diplomové práce, a interpretace získaných závislostí a charakteristik. Jedná se o práci velice zajímavou a náročnou, při které se student musel vypořádat s přípravou, úpravou a korekcí naměřených hodnot tak, aby z nich bylo možné získat potřebné informace. Student splnil zadání, a proto doporučuji jeho práci k obhajobě. Připomínky k práci. Strana 15 Věta: „Chování nestlačitelné newtonské tekutiny proudění lze popsat pomocí rovnice Navier-Stokesovy.“ … Tato věta nedává příliš smysl. Věta: „Tato rovnice představuje zrychlení kapaliny v každém bodě viskózní tekutiny.“ Tato věta, která se týká Navier-Stokesovy rovnice, není příliš přesná. Tato rovnice vyjadřuje silovou rovnováhu na makroskopickou částici. Věta: „Pokud Navier-Stokesovu rovnici vynásobíme hustotou, dostaneme Newtonovu silovou rovnici pro tekutinu, tedy že součet sil se rovná zrychlení tekutiny vynásobené její hmotností.“ Tato věta je poněkud šroubovaná a nepřesná. Chceme-li, aby jednotliví členové NS rovnice měly rozměr síly, pak musíme rovnici násobit hmotností a nikoli jen hustotou. V této větě si v podstatě protiřečíte. Chtělo by to víc promyslet to co píšete. Věta : „Plně vyvinuté turbulentní proudění má krom postupné rychlosti také složky fluktuací – náhodného kolísání hodnot rychlosti kolem střední hodnoty – v ostatních směrech, než je hlavní směr proudění.“ V této větě používáte termín postupná rychlost a také časově středovaná rychlost. Myslím, že oba termíny vyjadřují to samé, pokud ano pak by bylo dobré terminologii sjednotit. Rovnice 8. Jedná se o N-S rovnici s členem, který vyjadřuje vliv vztlaku na základě rozdílných hustot. Problém je v tom, že všechny členy rovnice jsou vektory a jen člen vyjadřující vliv vztlaku je tenzor druhého řádu. Vlastně tak sčítáte jablka a hrušky. Jaký je správný tvar této rovnice? Navíc tato rovnice nevyjadřuje tok hybnosti. Je to rovnice vyjadřující silovou rovnováhu na element kapaliny. Pokud by vyjadřovala tok hybnosti pak by to měla být skalární rovnice. Na straně 20 uvádíte: „Jedná se o rovnice v kartézském souřadném systému, kde p‘ (x, y, z, t) je tlaková změna na hydrostaticky rovnovážném profilu, ….“ Co to znamená, že p‘ je tlaková změna na hydrostaticky rovnovážném profilu? Je p‘ skutečně tlaková změna? Pro kinematickou viskozitu používáte různé označení viz vztahy (7) a (8). Proč ve vztazích nepoužíváte symbol pro násobení? Vztahy jsou pak méně srozumitelné. V textu používáte slova, která do takové práce nepatří, například „krom“.

eVSKP id 132859