Součásti divize energetiky, procesů a ekologie (PPE) a nabídka služeb
Sekce energetických systémů a simulačních výpočtů (ÚPEI)
Činnosti v rámci sekce se zaměřují na aktuální problematiku efektivního využití energie z fosilních, obnovitelných a alternativních paliv v oblasti komunální a malé průmyslové energetiky. Jedná se zejména o:
- návrh koncepce energetických systémů,
- posouzení způsobů řešení pro účely hodnocení investičních záměrů,
- hodnocení efektivity zařízení na základě analýzy provozních dat,
- optimalizaci a hodnocení jednotek pro energetické využití odpadů a biomasy,
- integraci jednotek pro termické zpracování biomasy do stávajících i nových energetických systémů,
- aplikaci kogenerační výroby tepla a elektřiny v energetických systémech,
- komplexní analýzu komerční průmyslové prádelny jako modelu energeticky náročného spotřebitele,
- optimalizaci průmyslových procesů s cílem snížit spotřebu energie.
Vedoucí sekce: Ing. Martin Pavlas, Ph.D., e-mail: pavlas@fme.vutbr.cz, tel.: +420 541 142 367
Sekce systémů pro přenos tepla (ÚPEI)
V sekci systémů pro přenos tepla se zaměřujeme zejména na tepelně-hydraulická řešeni procesních a energetických zařízení pro výměnu tepla. Jedná se například o:
- tepelně-hydraulické výpočty výměníků a zařízení na výměnu tepla konvenčních i speciálních typů,
- tepelně-hydraulické výpočty procesních trubkových peci (návrhy i rekonstrukce),
- řešení vysokoteplotních aplikací v procesním průmyslu a energetice,
- hydrodynamické kontrolní výpočty transferových potrubí a návrhy jejich úprav,
- analýzu, kontrolu a návrhy potrubních systémů a izolací,
- tvorbu specializovaných softwarových produktů,
- školení (průmyslové pece, výměníky, komerční software atd.),
- návrhové a kontrolní tepelně-hydraulické výpočty různých typů výměníků tepla.
Vedoucí sekce: doc. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D., e-mail: jegla@fme.vutbr.cz, tel.: +420 541 142 371
Sekce termických procesů a čištění plynů (ÚPEI)
Činnost sekce v oblasti termických procesů se zaměřuje zejména na problematiku spalování plynných paliv, kapalných paliv a kapalných odpadů. Jedná se například o:
- posouzení vlivu geometrie jednotlivých součástí hořáků a provozních podmínek spalováni na tvorbu emisí, tvar a stabilitu plamene,
- analýzu tepelného zatíženi pláště spalovací komory, resp. kotle,
- posouzení možnosti náhrady kapalných paliv ropného původu kapalnými palivy z obnovitelných zdrojů,
- podporu výzkumu v oblasti vývoje metodiky pro modelování průmyslových hořáků umožňující predikci proudění a rozložení teplot uvnitř spalovacího prostoru,
- DOE = „Design of Experiments“ – tj. aplikaci statistických metod založených na získání maximální kvality výsledku při minimalizaci nákladů,
- vývoj a zkoušky hořáků na plynná a kapalná paliva,
- měření procesních veličin a koncentrace emisí znečišťujících látek včetně dioxinů,
- ověřování počítačových simulací spalovaní.
V rámci oblasti čištění plynů a využití alternativních paliv se zabýváme zejména následující problematikou:
- předcházením vzniku plynů s obsahem znečišťujících látek (primární opatřeni),
- odstraňováním znečišťujících látek (sekundární opatření),
- čištěním plynů pro další průmyslové využití, např. čištěním bioplynu na kvalitu zemního plynu, výrobou technických plynů apod.,
- omezováním vzniku a vypouštění netechnologického CO2,
- zpracováním kalů z čistíren odpadních vod,
- zpracováním biodegradabilních odpadů metodou anaerobní fermentace,
- identifikací a kvantifikací zdrojů znečištění,
- návrhy nejvhodnějších technologií pro čištění plynů,
- zpracováním komplexních bilancí technologií pro čištění plynů,
- zpracováním studií proveditelnosti a poradenství v podnikové ekologii.
Vedoucí sekce: Ing. Pavel Skryja, e-mail: skryja@fme.vutbr.cz, tel.: +420 541 142 367
Sekce výpočtového modelování dynamiky tekutin – CFD (ÚPEI)
Zákazníkům z průmyslové sféry poskytujeme výpočtovou podporu zaměřenou na simulace proudění tekutin, zejména na složité aplikace z procesního průmyslu a energetiky, zahrnující chemické reakce (ohřevné pece, kotle, reaktory), jmenovitě například:
- spalování plynných, kapalných i pevných paliv,
- proudění médií v zařízeních,
- predikci tepelného zatížení stěn ohřevných peci a kotlů s využitím výsledků výzkumu na vlastní spalovací komoře,
- výpočtové analýzy pro: troubleshooting, retrofitting, upscaling, virtual prototyping,
- optimalizace provozních parametrů a konstrukčního řešení.
S našimi výpočty úzce souvisí činnost dalších sekcí, které jsou schopny poskytovat např. měření teplot v plameni, měření tepelného zatížení (toků) či měřeni emisí.
Vedoucí sekce: doc. Ing. Jiří Hájek, Ph.D., e-mail: hajek@fme.vutbr.cz, tel.: +420 608 431 413
Sekce konstrukce zařízení (ÚPEI)
Činnost je orientována na požadavky průmyslové praxe, a to v oblasti návrhu zařízeni, optimalizace konstrukčního řešeni a stanovováni životnosti zařízení. V rámci výzkumu a nabízených služeb je pozornost věnována zejména kombinovaným způsobům zatížení (chemické, deformační, tepelné a jiné) a důraz je kladen na komplexnost způsobu řešení konkrétních úloh. Silnou stránkou je multidisciplinární řešení problémů pro průmyslovou praxi. Hlavní zaměření aktivit je orientováno na:
- návrhové a kontrolní pevnostní výpočty zařízení a potrubních tras dle národních a mezinárodních standardů,
- optimalizace konstrukčních řešení zařízení pomocí numerických metod a ideový návrh řešení,
- posuzování statické pevnosti konstrukcí a stanovování kumulace poškozeni při cyklickém způsobu zatížení,
- hodnocení creepového poškozování zařízení,
- hodnocení korozního prostředí na únavu,
- řízené stárnutí včetně zpracovaní plánů revizních kontrol,
- tepelně-hydraulické analýzy s následnými napěťovými analýzami (kombinace CFD a FEM analýz),
- stanovovaní optimálních provozních podmínek z hlediska vlivu na snižování životnosti zařízení,
- návrhy aparátů včetně optimalizace konstrukčního řešení,
- posuzování různých způsobů poškozování zařízení.
Vedoucí sekce: Ing. Richard Nekvasil, Ph.D., e-mail: nekvasil@fme.vutbr.cz, tel.: +420 541 142 375
Laboratoř přenosu tepla a proudění
Laboratoř přenosu tepla a proudění se zabývá výzkumnou a vývojovou činností v oblasti strojírenství a hutnictví. V teoretické oblasti je hlavní náplní výzkum v oboru přenosu tepla, inverzních úloh a chlazení, nejčastěji s využitím vodních a vodovzdušných trysek. Průmyslové projekty jsou v převážné míře založeny na experimentálním výzkumu s následným využitím získaných poznatků do matematických modelů popisujících sledované procesy. Dlouholetá zkušenost pracoviště je v určování okrajových podmínek přenosu tepla při chlazení horkých povrchů s aplikacemi při kontinuálním lití a válcování za tepla. Další oblastí výzkumu je hydraulický ostřik okují. Aktivity jsou zaměřeny na:
- teplotní a pevnostní analýzy procesů kontinuálního lití, válcování a odstraňování okují,
- laboratorní i provozní měření tepelných a mechanických veličin,
- určování okrajových podmínek přenosu tepla na základě vlastní ověřené metodiky,
- návrh metodiky tepelného zpracování kovů i s ohledem na implementaci do stávajícího zařízení,
- optimalizace chladicích a ostřikových systémů z hlediska maximální účinnosti a minimalizace energetické náročnosti,
- vývoj speciálních softwarových systémů.
Vedoucí laboratoře: prof. Ing. Jaroslav Horský, CSc., e-mail: horsky@fme.vutbr.cz, tel.: +420 541 143 281
Zástupce: prof. Ing. Miroslav Raudenský, CSc., e-mail: raudensky@fme.vutbr.cz, tel.: +420 541 143 274
Laboratoř vlastností paliv a odpadů (EÚ)
Laboratoř paliv a odpadů se zabývá měřením a analýzami všech běžně zjišťovaných vlastností tuhých a kapalných paliv a odpadů. Laboratoř spolupracuje se sekcí zplyňování a umožňuje dále testovat různorodá paliva a provádět praktická ověření spalování a zplyňování. Přístrojové vybavení laboratoře vlastností paliv a odpadů umožňuje:
- u tuhých paliv měření vlhkosti, spalného tepla, výhřevnosti, zápalných teplot, teplot vznícení usazených i rozvířených prachů, popelnatosti, teplot měknutí, tavení a tečení popelovin, podílu prchavé hořlaviny;
- u kapalných paliv měřit spalné teplo, zápalnou teplotu a viskozitu;
- testování vlastností biopaliv a odpadů.
Vedoucí laboratoře: doc. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D., e-mail: pospisil.j@fme.vutbr.cz, tel.: +420 541 142 581
Laboratoř spalování a zplyňování paliv a odpadů (EÚ)
Laboratoř spalování a zplyňování paliv a odpadů se zabývá experimentálním testováním energetického využití výhřevných materiálů. Dále se zabývá vývojem a ověřovacím měřením parametrů malých spalovacích zařízení, testováním regulace a řízením kotlů, měření emisí při spalování všech druhů paliv a celkové diagnostice provozu kotlů přímo v místě instalace. Jedná se tedy o následující činnosti:
- spalovací zkoušky různých typů tuhých paliv,
- konzultace v oblasti spalování tuhých paliv a energetického využívání biomasy a odpadů,
- měření emisí,
- testování regulačních systémů,
- testování dodaných spotřebičů,
- energetický monitoring,
- testování spalování biopaliv a odpadů,
- výzkum čištění vznikajícího plynu,
- vývoj zplyňovací technologie,
- kogeneraci s využíváním produkovaného plynu,
- spalování nízkovýhřevného plynu a vývoj hořáků pro tyto plyny,
- odběry a analýzy produkovaného plynu,
- konzultace v oblasti zplyňování.
Vedoucí laboratoře: Ing. Marek Baláš, Ph.D., e-mail: balas.m@fme.vutbr.cz, tel.: +420 541 142 582
Laboratoř tepelných strojů a oběhů (EÚ)
Laboratoř tepelných strojů a oběhů se podílí na výzkumu, vývoji a poradenství v oblasti termodynamiky tepelných oběhů a tepelných motorů, především motorů s vnějším přestupem tepla (Stirlingův motor, pístový parní motor, malé parní turbíny). Termodynamické návrhy jsou řešeny přímo s návazností na samotnou konstrukci stroje a s dalšími technickými požadavky plynoucími z reálného provozu stroje. Na základě takových návrhů je možné vytvořit výrobní dokumentaci a zajistit i výrobu prototypu. Jde tedy o tyto činnosti:
- termodynamický návrh tepelných motorů s vnějším přestupem tepla,
- konstrukční návrh tepelných motorů,
- výkresová dokumentace prototypu a zajištění výroby prototypu,
- zkoušky a měření tepelných motorů,
- vyhodnocování provozu tepelných motorů,
- absorpční chladicí oběhy.
Vedoucí laboratoře: Ing. Jiří Škorpík, Ph.D., e-mail: skorpik@fme.vutbr.cz, tel.: +420 541 142 573
Sekce expertního měření v energetice (EÚ)
Sekce expertního měření v energetice se věnuje specializovaným měřením energetických zařízení a souvisejících procesů. Konkrétně se sekce specializuje na termovizní měření komponent a zařízení. Nad rámec běžných termovizních měření jsou prováděny termovizní záznamy rychlých dějů a sledování velmi malých objektů s rozlišitelností až 25 μm. Další aktivitu sekce představuje měření velikostí a koncentrací jemných prachových částic ve formě emisního i imisního měření a hodnocení technologií z pohledu odlučivosti jemných částic. Ve vztahu k produktům spalování jsou měření dále rozšířena o detailní analýzu plynných produktů spalování. Dále jsou prováděna termogravimetrická měření hodnotící detailně chování materiálů vystavených zvýšené teplotě s ohledem na průběžný úbytek hmotnosti. Jedná se tedy o následující činnosti:
- termogravimetrická analýza,
- detailní analýza plynných produktů spalování,
- termovizní měření tepelných strojů a objektů,
- měření velikosti a koncentrací jemných částic – sledovaný rozsah částic 8 nm ÷ 2000 μm,
- generování mikro- a nanočástic.
Vedoucí laboratoře: doc. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D., e-mail: pospisil.j@fme.vutbr.cz, tel.: +420 541 142 581
Sekce počítačového modelování a výpočtového hodnocení energetických zařízení (EÚ)
Tato specializovaná sekce využívá počítačové podpory k řešení pevnostních výpočtů a úloh přenosu tepla u zařízení v energetice.
Pro řešení úloh v oblasti modelování proudění tekutin je použito široce rozšířeného počítačového modelování CFD (Computational Fluid Dynamics). V souhrnu jde o následující činnosti:
- modelování proudění kapalin plynů,
- modelování přenosu tepla,
- trasování pevných částic v kapalinách,
- pevnostní výpočty,
- dynamické výpočty vlastních frekvencí a tvarů kmitů,
- řešení úloh stacionárního i nestacionárního vedení tepla.
Vedoucí sekce: Ing. Hugo Šen, e-mail: sen@fme.vutbr.cz, tel.: +420 541 142 589
Sekce techniky prostředí (EÚ)
Sekce techniky prostředí se věnuje výzkumu a vývoji v oblasti hodnocení stavu prostředí v kabinách dopravních prostředků, obytných budovách a průmyslových objektech. Rovněž se věnujeme výzkumu a vývoji systémů pro tvorbu a řízení vnitřního prostředí kabin dopravních prostředků, větracích a klimatizačních systémů. Nabízíme modelování, experimenty, testování v těchto oblastech. Pro studium proudění jsou k dispozici moderní optické diagnostické metody: LDA - Laser Doppler Velocimetry, PIV - Particle Image Velocimetry a také klasické a dlouhodobě vyvíjené metody jako je žárová anemometrie. K vizualizaci proudění vzduchu se využívá metoda zavádění kouře/mlhy a bublin s osvětlením pomocí tzv. laserového nože a záznamem obrazu pomocí rychlé kamery nebo fotoaparátu. Dále se věnujeme:
- vývoji klimatizačních systémů pro dopravní letadla,
- měření tepelného stavu prostředí,
- měření tepelné zátěže v horkých provozech,
- vývoji senzorů pro měření tepelného stavu prostředí,
- numerické simulaci,
- vývoji modelů lidského těla,
- hodnocení prostředí pomocí tzv. tepelného manekýna - umožňuje hodnocení tepelného komfortu v 26 zónách figuríny,
- návrhu úprav vlhkého vzduchu, posouzení rizik kondenzace apod.,
- modelování tepelných oběhu zařízení (např. klimatizací),
- termovizním měřením.
Vedoucí sekce: Ing. Jan Fišer, e-mail: fiser@fme.vutbr.cz, tel.: +420 541 143 242
Laboratoř atomizace, sprejů, aerosolů a čistých prostor (EÚ)
Laboratoř je vybavena pro široké spektrum úloh v oblasti experimentální mechaniky tekutin a termodynamiky. Jde zejména o výzkum v oblastech:
- jednofázového proudění plynů a kapalin,
- proudění, směšování, atomizace, disperze, aglomerace apod. u dvou- a vícefázových soustav,
- výzkumu a diagnostiky atomizačních trysek pro řadu průmyslovývh aplikací,
- transportu a depozice aerosolů,
- hodnocení čistých prostor.
Vedoucí sekce: Ing. Jan Jedelský, Ph.D., e-mail: jedelsky@fme.vutbr.cz, tel.: +420 541 143 266
Sekce analýzy a řízení hutnických a metalurgických procesů (EÚ)
Plně automatizovaná hutnická výroba předpokládá nasazení moderních informačních a řídicích systémů, využívající on-line monitorování a modelování (simulování) výrobních procesů. Zabýváme se zejména touto problematikou u plynulého odlévání oceli, válcování a dalších tepelných procesů v hutnické výrobě. Konkrétně se jedná například o:
- měření povrchových teplot bezkontaktními i kontaktními metodami, termovize, pyrometry, termočlánky (vše až do teplot 1600 °C),
- tvorbu řídicích on-line systémů založených na numerických modelech tuhnutí a chladnutí
- numerické modelování technologických procesů v hutnictví železe jako je plynulé odlévání oceli, procesu chlazení při válcování.
Vedoucí sekce: doc. Ing. Josef Štětina, Ph.D., e-mail: stetina@fme.vutbr.cz, tel.: +420 541 143 269
Sekce přenosu tepla a tepelných výměníků (EÚ)
Činnost sekce je změřena na problematiku přenosu tepla a tepelných výměníku. Provádíme jak numerické simulace tak i měření a experimentální výzkum v této oblasti. Věnujeme se zejména:
- tepelně-hydraulickým výpočtům tepelných výměníku a zařízení pro přenos tepla,
- výzkumu přenosu tepla v minikanálech s intenzifikovanými povrchy,
- vývoji nových intenzifikovaných teplosměnných ploch (např. twisted tubes, corrugated),
- počítačovému modelování přenosu tepla a proudění (CFD),
- kompaktním výměníkům s vysokým stupněm rekuperace pro malé spalovací turbíny.
Vedoucí sekce: Ing. Jiří Hejčík, Ph.D., e-mail: hejcik@fme.vutbr.cz, tel.: +420 541 143 284
Sekce modelování a CFD simulace proudění a přenosu tepla (EÚ)
Činnost sekce je zaměřena na matematické modelování proudění tekutin a přenosu tepla od 1D simulací umožňující řešit návaznosti jednotlivých uzlů rozsáhlých systémů až po 3D CFD simulace umožňující komplexní řešení problémů jedno- a vícefázového proudění a přenosu tepla včetně chemických reakcí, přičemž je možné řešit proudění tekutiny v jakékoli podobě, tzn. kapalina, plyn nebo i tavenina. 1D modely umožňují řešení problémů z různých oblastí inženýrské praxe, jako jsou:
- energetické provozy a chování budov,
- tepelné oběhy tepelných čerpadel, chladicích, klimatizačních a jiných zařízení,
- pneumatické systémy (potrubní sítě, komponenty a sestavy ECS),
- hydraulické systémy (brzdové systémy automobilů, rozvody kapalin),
- mechanické systémy (chování vačkových a jiných mechanismů),
- chlazení spalovacích motorů.
V oblasti CFD simulací se věnujeme široké škále problémů z různých oblastí inženýrské praxe, jako jsou:
- modelování vícefázového prodění (kapalina-plyn, pevné částice-tekutina),
- odsiřování a fluidní kotle,
- šíření exhalací z dopravy,
- simulace dopadu kapek a tvorby stěnového filmu,
- systémy spalování a chlazení,
- kabiny dopravních prostředků včetně tepelné zátěže.
Vedoucí sekce: doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D., e-mail: katolicky@fme.vutbr.cz, tel.: +420 541 143 366
