VĚŽNÍK, T. Vliv fyzikálních vlastností tekutiny na efektivitu tepelného přenosu turbulentní Rayleighovou-Bénardovou konvekcí [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2021.
Diplomová práce je zaměřena na experimentální studium vlivu proměnných fyzikálních vlastností pracovní tekutiny (kryogenního heliového plynu) a teplotních okrajových podmínek (konstantní teploty a konstantního tepelného toku) na efektivitu tepelného přenosu turbulentní Rayleigh-Bénardovou konvekcí (RBC). Práci student prováděl v Ústavu přístrojové techniky AV ČR, v.v.i. (ÚPT) v laboratořích Skupiny kryogeniky a supravodivosti. Student se podílel na přípravě vlastního experimentu s nově navrženou experimentální celou (s průměrem a výškou 0.3 m) umožňující nastavení pracovních bodů v p-T fázovém diagramu helia v blízkosti kritického bodu (5.2 K, 227 kPa) a podél kritické izochory až do tlaku 250 kPa, což je oblast zájmu specifikovaná v zadání této práce. Ovšem, s ohledem na tzv. „studenou“ vakuovou netěsnost na plnícím hrdle cely, jež znemožnila měření v oblasti vysokých tlaků, cíle práce byly pozměněny ve smyslu omezení se na oblast p-T pod saturační křivkou s pracovním tlakem do ~150 kPa. Zde byl poprvé využit v ÚPT navržený systém rychlé PID teplotní stabilizace pro realizaci okrajové podmínky s konstantní teplotou, na jehož návrhu se student rovněž podílel. I když došlo k odchýlení od zadaných cílů práce, podařilo se získat velmi hodnotné vědecké výstupy. Stěžejním výsledkem práce je vliv okrajových podmínek na efektivitu přenosu tepla v širokém rozsahu intenzit turbulentního proudění v RBC (závislost Nusseltova čísle na Rayleighově čísle). Rozdílné okrajové podmínky student charakterizoval na základě statistické analýzy fluktuací teplot měřených uvnitř cely. Tato část výsledků představuje hlavní náplň vědeckého článku, který bude publikován ve specializovaném čísle časopisu „Europhysics Letters“ zaměřeném na nové výsledky ve výzkumu turbulentní RBC (viz příloha diplomové práce). Zajímavé jsou rovněž výsledky zabývající se vlivem proměnných fyzikálních vlastností pracovní tekutiny na RBC, které student shrnul v kapitole 4.1. Student přehlednou formou zobrazuje průběhy vlastností helia v závislosti na pracovních tlacích a teplotách a demonstruje možný vliv na efektivitu tepelného přenosu (obr. 4.7). Výsledky uvedené v kapitole 4.1 budou dále využity při srovnávání experimentálních výsledků s numerickými výpočty v rámci mezinárodní spolupráce týmu Skupiny kryogeniky a supravodivosti s teoreticky zaměřeným pracovištěm v TU Ilmenau. Předloženou diplomovou práci, která je napsána v anglickém jazyce, pokládám za srozumitelnou a přehlednou. Kvalitu výsledků, kterých student dosáhl, demonstruje výše zmíněná publikace. Práci doporučuji k obhajobě.
| Kritérium | Známka | Body | Slovní hodnocení |
|---|---|---|---|
| Splnění požadavků a cílů zadání | A | ||
| Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod | A | ||
| Vlastní přínos a originalita | B | ||
| Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry | B | ||
| Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii | A | ||
| Logické uspořádání práce a formální náležitosti | B | ||
| Grafická, stylistická úprava a pravopis | A | ||
| Práce s literaturou včetně citací | A | ||
| Samostatnost studenta při zpracování tématu | B |
Diplomová práce se zabývá vlivem vlastností pracovní tekutiny na pozorovaný přenos tepla v Rayleighově-Bénardově konvekci (RBC). Největší pozornost je věnována tzv. non-Oberbeck-Boussinesq (NOB) efektům, které mohou ovlivňovat experimentální výsledky získané zejména v blízkosti kritického bodu ve fázovém diagramu dané pracovní tekutiny. Kromě toho je analyzován vliv experimentálních okrajových podmínek na spodní desce cely, kdy se realizuje buďto konstatní teplota nebo konstantní tepelný tok. Posledním tématem je poté určení periody vnitřního ustáleného proudění v cele z autokorelace signálu teploměru ve spodní desce. Práce pokrývá velký rozsah témat souvisejících s praktickým měřením RBC a její výsledky jsou podstatným přínosem v diskusi jedné z nejpalčivějších otázek v této problematice – tedy praktické realizace tzv. ultimátního režimu. Hlavním výsledkem práce je jasná identifikace a kvantitativní ocenění mechanismů, které vedou k porušení tzv. Oberbeckovy-Boussinesqovy aproximace, jež může vést k mylné interpretaci výsledků ve smyslu pozorování přechodu k ultimátnímu režimu. Výsledky této práce jsou zaslány k publikaci v impaktovaných časopisech. V práci se vyskytuje pouze drobné množství méně důležitých faktických nesrovnalostí a překlepů, její celková úroveň je velmi vysoká. I z jazykového hlediska je práce psaná v AJ na velmi slušné úrovni. Je pouze škoda, že stejná péče, která byla věnována krátkému shrnutí a abstraktu na začátku práce již není vidět v hlavním textu. I přes drobné nedostatky celkově hodnotím práci jako vynikající, doporučuji ji k obhajobě a navrhuji hodnocení nejvyšším stupněm.
| 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 dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry | B | ||
| Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii | A | ||
| Logické uspořádání práce a formální náležitosti | A | ||
| Grafická, stylistická úprava a pravopis | B | ||
| Práce s literaturou včetně citací | A |
eVSKP id 132577