Posudky závěrečné kvalifikační práce

Posudek vedoucího

Fialová, Simona

Diplomová práce je rozsáhlou studií vířivých čerpadel nejen pro standardní použití, ale se zaměřením na jejich využití v medicíně jako srdeční náhrady. Autor se proto v rešeršní části věnuje i vlastnímu lidskému srdci a krvi, jako případu nenewtonské kapaliny. První část práce rozebírá fyziologické hodnoty srdeční činnosti z hlediska technického a také konstrukčního. Zabývá se používanými srdečními náhradami a vyhodnocuje jejich klady a zápory. Krev a její vlastnosti zahrnuje do reologických modelů a řeší důvody vzniku hemolýzy. Dále se autor podrobně věnuje čerpadlům vířivým, jejich konstrukci, proudění uvnitř i vznikajícím ztrátám. Vybírá prvky čerpadel, které by mohly mít vliv na změnu charakteristiky. V této kapitole také srovnává čerpadlo vířivé, s nejběžněji používaným radiálním odstředivým a vysvětluje důvody možného použití pro srdeční náhradu. Experimentální část práce probíhala v laboratořích OFI VK, proměřena byla dvě komerčně vyráběná vířivá čerpadla. Díky využití podobnostních kritérií autor ověřil jejich podobnost a počítačové modelování později srovnával jen s jedním. Logickým pokračováním diplomové práce bylo počítačové modelování využitím komerčních softwarů ANSYS CFX a Fluent. Autor vytvořil několik modelů sítě s různým počtem prvků a díky literární rešerši optimalizoval výběr na síť, která ještě vyhovuje požadavkům na popis víření v čerpadle, ale ještě umožňuje rozumné výpočtové časy. Výpočet provedl stacionárně i nestacionárně s použitím různých výpočetních modelů a výsledky podrobně analyzoval. Na základě srovnání měření, výpočtového modelování a požadovaných parametrů srdce navrhl úpravu oběžného kola, kterou ověřil výpočtem. Diplomová práce je na výborné grafické i stylistické úrovni, formálně splňuje všechny požadavky a naplňuje stanovené cíle. Autor pracoval aktivně, výborně používal literaturu a to nejen českou, ale i anglickou a německou a vyvozoval správné závěry. Práce je obsáhlá a komplexní, vykazuje všechny kladné znaky kvalitní výzkumné činnosti. Diplomovou práci doporučuji k obhajobě.

Dílčí hodnocení
Kritérium	Známka	Body	Slovní hodnocení
Splnění požadavků a cílů zadání	A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod	A
Vlastní přínos a originalita	A
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry	A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii	A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti	A
Grafická, stylistická úprava a pravopis	A
Práce s literaturou včetně citací	A
Samostatnost studenta při zpracování tématu	A

Navrhovaná známka: A

Posudek oponenta

Klas, Roman

Navrhovaná známka

Klas, Roman

Diplomant se ve své práci zaměřil na studium srdečních náhrad a podpor, věnoval se problematice krevního oběhu jeho dynamice a proudění krve obecně. Rozsáhlá pasáž také mapuje vlastnosti krve, její specifika a popisuje rovněž činnost srdce. Z hlediska struktury práce, jsou její dvě třetiny věnovány rešerši, která je veskrze podrobná s dostatkem aktuálních informací z oboru. S ohledem na tuto skutečnost působí praktická část poměrně stručně, ale je to dáno především nadstandardně zpracovanou úvodní pasáží. Věcná náplň práce pak zahrnuje experiment a CFD simulace dvou vířivých čerpadel. Zde stojí za zmínku především snaha o dvojí přístup v uchopení problému doplněný o použití dvou CFD řešičů, byť jeden z nich nakonec požadované výsledky nepřinesl. Úspěšnou nestacionární numerickou simulací však diplomant dosáhl značné shody s experimentem a to na modelu s relativně malým počtem výpočetních buněk. – Taková přesnost je u tohoto typu čerpadel spíše výjimečné. Následná a také jediná úprava oběžného kola vířivého čerpadla byla hned v prvním pokusu úspěšná. Je jen škoda, že nebyla stanovena celá charakteristika čerpadla v odpovídajícím rozsahu průtoků oběžným kolem. Také použité měřítko ve vykreslení vektorů rychlostí by bylo vhodné upravit tak, aby obrázky podávaly názornější informaci o velikostech jednotlivých rychlostí. Ocenění si naopak zaslouží test nezávislosti výpočetní sítě či snaha o podchycení vírových struktur v interiéru čerpadla. Po formální stránce pak diplomová práce obsahuje jen velmi malé množství překlepů a pravopisných chyb. Některé obrázky by si však zasloužily větší rozlišení nebo změnu barevného uspořádání z důvodu lepší názornosti a srozumitelnosti. Také definování některých vztahů, byť dobře známých, jako je průtokové a tlakové číslo, by bylo vhodnější osvětlit hned v té části práce, kde je jich poprvé použito. V souhrnu však lze říci, že diplomant k řešení problému přistupoval metodicky, pečlivě prostudoval dostupné zdroje, pojmenoval a definoval hlavní úskalí a snažil se je dále zohlednit. V tomto smyslu si počínal příkladně. Rovněž prokázal schopnost efektivně využívat moderní CFD metody za respektování podmínek výpočtů a dodržení jejich korektnosti. Splnil cíle zadání a jím zpracovaná studie může dobře posloužit jako vhodný zdroj pro následnou hlubší analýzu návrhu srdečních náhrad a podpor. Diplomovou práci proto doporučuji k obhajobě.

Dílčí hodnocení
Kritérium	Známka	Body	Slovní hodnocení
Splnění požadavků a cílů zadání	A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod	B
Vlastní přínos a originalita	A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry	A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii	B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti	A
Grafická, stylistická úprava a pravopis	A
Práce s literaturou včetně citací	A

Navrhovaná známka: A

Otázky

3. Na str. 71 je řečeno, že ve vířivých čerpadlech se setkáváme s podobnými víry jako v lidském srdci, a proto má význam se těmito čerpadly dále zabývat. Je tento předpoklad podpořen literaturou a lze jej blíže upřesnit? Popřípadě dokládají tuto skutečnost některá z kritérií? Dle doložených snímků vizualizací vírů v srdci není na první pohled větší míra „příbuznosti“ těchto vírů zcela jasně patrná. Mohl byste v této souvislosti říct, zda v tomto případě existuje významnější rozdíl např. oproti lokálním vírům v oběžném kole běžného radiálního hydrodynamického čerpadla? Přičemž z textu rovněž vyplývá, že jsou v dnešní době upřednostňována spíše radiální čerpadla s ohledem na citlivost velikosti měrné energie v závislosti na průtoku.
4. Na str. 79 zmiňujete parametr y+ na úrovni 30 ÷ 300. Je horní hranice tohoto kritéria za použití nerovnovážných stěnových funkcí optimální? Proběhl test závislosti kvality sítě i s ohledem na tento parametr?
5. Na výsledky dosažené v CFD simulacích mají značný vliv spáry mezi oběžným kolem a statorem. S přihlédnutím k obr. 64 na str. 72, na kterém je zobrazen řez celým čerpadlem, je docela pozoruhodné, že se na velikosti dosahované měrné energie negativně nepodepsala absence radiální spáry pod věncem oběžného kola směrem k náboji, která (např. podle obr. 71) v simulačním modelu čerpadla chybí, a která zvětšuje prostor propojující sání s výtlakem a teoreticky vede k výraznějšímu hydraulickému zkratu. Z diplomové práce však vyplývá, že byla modelována spára v obvodovém směru pouze po výšku věnce kola a samozřejmě také na jeho vnějšímu průměru v prostoru oddělovače. Jsou simulace vířivých čerpadel tímto způsobem řešeny i v dostupné literatuře? Lze popřípadě vliv úplného modelu spáry v radiálním směru kvantifikovat či jinak upřesnit?
2. Na str. 67 je zanesen obr. 57 a v textu je zmíněn vír vznikající „za lopatkou“. Mohl byste jeho pozici, popřípadě vznik, vzhledem k zakreslené lopatce a šipce naznačující rotaci osvětlit? Stejně tak je zmíněn úhel 2s, jehož zakreslení patrně nekoresponduje s jeho popisem v textu na str. 68, pokud jde o velikost tohoto úhlu. Setkal jste se v té souvislosti se studií postihující reálnou velikost úhlu, pod kterým kapalina opouští prostor lopatkového kanálu?
1. V případě čerpadla HeartAssist 5 je na str. 53 vynesena jeho charakteristika a je zmíněna schopnost automatické regulace. Není takový průběh Y-Q závislosti vhodnější než po úpravě sice méně strmá, ale přesto v zásadě lineární charakteristika vířivého čerpadla?