MACHÁČEK, J. Stirlingův termodynamický cyklus [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2009.
Doktorand Ing. Jan Macháček nastoupil do řádného doktorského studijního programu v akademickém roce 2004/5 s tematickým zaměřením na studii Stirlingova termodynamického cyklu. V prvním roce studia absolvoval bez problémů zkoušky z předepsaných i zvolených odborných předmětů. V dalším roce se věnoval především přípravě vhodných měřicích metod pro podrobnou analýzu funkce demonstračního modelu Stirlingova motoru vyvinutého a realizovaného původně pro názornou výuku v rámci výběrového kurzu "Nekonvenční přeměny energie". Kontrolním výpočtem rozdělení tepelných toků v konstrukci modelu byl zjištěn významný bypass podél pláště termodynamické komory realizované z ocelového plechu. Na základě spolupráce s Ústavem fyziky plazmatu AV ČR v Praze byl získán plazmovým nástřikem tenkostěnný skořepinový válec z korundu, kterým byl tento nežádoucí svod tepla významně omezen. V následující etapě byla provedena série podrobných měření, která umožnila získat experimentální data důležitá pro úvodní teoretickou část práce týkající se zhodnocení výsledků měření pomocí Schmidtova modelu Stirlingova motoru. Srovnání teoreticky vypočtených a naměřených p-v diagramů vedlo k poznání, že základním nedostatkem demonstračního modelu je především nedokonalá regenerace tepla v přemisťovacím pístu a nedostatečný přestup tepla mezi pracovním plynem a teplosměnnými nahřívacími a ochlazovacími plochami termodynamické komory. Závěrečná část práce byla zčásti poznamenána redislokací pracoviště do nových kancelářských prostor, přičemž pro nedostatek místa zůstala experimentální část i výrobní základna na původních místech, čímž byla omezena operativní příprava dalších experimentů. Další práce doktoranda se proto zaměřily na vývoj designu přestavovacího pístu s integrovaným regenerátorem. Ke škodě práce je nutno poznamenat, že výše uvedené skutečnosti nejsou z textu předloženého k obhajobě jednoznačně zjevné a že nebylo provedeno podrobné experimentální ověření navržených opatření ke zlepšení regenerace na demonstračním modelu alespoň na úrovni úvodních měření. V Přerově 11. 11. 2009
Oponentský posudek na disertační práci Ing. Jana Macháčka Stirlingův termodynamický cyklus Předložená práce řeší aktuální tématiku týkající se vývoje zdroje energie šetrného k životnímu prostředí a vhodného pro kombinovanou výrobu elektrické energie a tepla. Práce se ve své teoretické části zabývá popisem principu Stirlingova motoru na základě termodynamických dějů souvisejících s jeho jednotlivými cykly. Jsou zde analyzovány způsoby měření zátěžových charakteristik, které je nutno provádět ke zjištění energetických a výkonových parametrů. Pomocí matematického Schmidtova modelu jsou provedeny teoretické výpočty konstrukčních charakteristik Stirlingova motoru sloužících k objasnění dějů probíhajících v tomto motoru. V praktické části práce jsou na základě vyslovení hypotéz provedeny úpravy na stávajícím modelu, které jsou realizovány. Jedná se o úpravu komory válce motoru, při které byl železný válec z důvodu menších tepelných ztrát nahrazen pláštěm korundovým. Tato úprava byla realizována. Další úpravy vedoucí ke zvýšení účinnosti modelu Stirlingova motoru jsou provedeny teoreticky a podloženy řadou výpočtů pomocí metod konečných prvků atd. Jedná se především o novou konstrukci regenerátoru, ale je zde proveden i rozbor vlivu rychlosti proudění chladící kapaliny a velikost chladící komory. V poslední kapitole je naznačena možnost využití Stirlingova motoru v kogeneračním provozu. Námět práce odpovídá oboru disertace, jedná se o řešení z oblasti elektroenergetiky. Aktuálnost řešení spočívá v tom, že se jedná o oblast obnovitelných zdrojů zajímavou z enviromentálních hledisek a přinášejících úspory elektrické energie. V teoretické části je práce přínosná v provedení komplexní studie Stirlingova dynamického cyklu, která je aplikována na skutečný motor. Na patřičné úrovni je zde aplikována při řešení jednotlivých problémů výpočetní technika. V praktické části byly provedeny na stávajícím modelu úpravy vedoucí ke zlepšení účinnosti cyklu Stirlingova motoru, byl proveden návrh regenerativního výměníku. Jádro disertační práce jak vyplývá z přiložené dokumentace bylo dostatečně publikováno v českém i anglickém jazyce na domácích i zahraničních konferencích a v odborných časopisech. Ze seznamu vědecké činnosti dle metodiky od r. 2003 vyplývá, že dle platných kriterií /osobní, projekty - hlavní řešitel, publikace, citace, produkty/ je možno konstatovat, že se jedná o pracovníka s patřičnou vědeckou erudicí. Dotazy: Jaká je účinnost původního modelu Stirlingova motoru a jaký vliv měly na tuto jednotlivá praktická i teoretická vylepšení. Jaké jsou tudíž možnosti konkurence tohoto motoru v kogeneračním provozu se stávajícími na trhu používanými zdroji. Disertace splňuje podmínky samostatné tvůrčí vědecké práce a obsahuje původní autorem publikované výsledky v souladu s § 47, odst. 4 zákona č. 111/98 Sb. Doporučuji práci k obhajobě. V Ostravě 26.10.2009 Prof.Ing.Karel Sokanský, CSc. .
Oponentní posudek na disertační práci Doktorand: Ing. Jan Macháček Oponent: doc. Dr. Ing. Jan Kyncl Téma disertační práce: "Stirlingův termodynamický cyklus" Disertační práce je přehledně a formálně správně zpracována, s dobrou úrovní jazyka. Grafická úroveň práce je velmi dobrá. S uvedenými závěry lze souhlasit. Autor provedl podrobnou rešerši soudobých znalostí o Stirlingově termodynamickém cyklu a jeho použití v rozličných aplikacích, v laboratorních podmínkách cyklus realizoval, provedl měření na něm a podrobně rozebral možné důvody rozdílu teoretických a naměřených hodnot. Práci považuji za příkladnou. K práci mám následující dotazy a připomínky: " Autor uvádí jako jeden z možných důvodů rozdílu mezi teoretickou a naměřenou hodnotou účinnosti motoru "špatný přestup tepla mezi pracovním plynem a ohřívaným respektive chlazeným víkem termodynamické komory". S tímto závěrem lze souhlasit, přímé spalování případně fázová přeměna u jiných typů motorů je z tohoto hlediska výrazně výhodnější. Přímé stanovení součinitele přestupu tepla je velmi obtížné a nepřímé založené na bilancích celého stroje je zatíženo značnými chybami. Kriteriální vztahy pro výpočet součinitele přestupu tepla konvekcí pro obdobná uspořádání nejsou běžně k dispozici. Jak by autor postupoval při odhadu tohoto součinitele? Jak je tento součinitel řádově veliký? V některých modelech byl konvektivní přestup uvažován, byla z výsledků vyčíslena hodnota součinitele přestupu tepla? " Přicházely by v úvahu nějaké běžné metody zlepšování konvektivního přestupu tepla (například zvýšení přestupové plochy žebrováním), nebo by negativní doprovodné jevy (například zvýšení mrtvých objemů) výhodu zlepšení přestupu tepla převážily? " Jak velký vliv na účinnost reálného stroje mají tlakové ztráty při proudění reálných plynů? " Nakolik autor považuje modelování turbulentního proudění a přestupu tepla při něm, navíc se zjednodušením 3D na 2D model, za spolehlivé? Závěry oponentského posudku: Autor odvedl velké množství práce při realizaci modelů, měření na zařízení a vyhodnocení výsledků. Uvedené výtky považuji spíše za důležité pro další vědeckou a výzkumnou práci; práce se svým rozsahem, hloubkou analýzy problematiky, důrazem na ověření výsledků měřením jistě řadí v daném oboru k pracím nadprůměrným. Shrnutí: " Práci považuji za přínosnou a aktuální z hlediska současného stavu vědy. Práce podle mého názoru obsahuje původní přínosné části, zejména vytvoření základů pro optimalizaci profilu lamely regenerátoru. " Použité metody považuji za odpovídající. " Seznam prací, kterých je Ing. Jan Macháček autorem nebo spoluautorem, čítá 13 položek, z nichž většina odpovídá oboru Silnoproudá elektrotechnika a elektroenergetika. Jádro práce považuji za dostatečně publikované. Myslím si, že schopnost publikovat výsledky své odborné práce kandidát prokázal a že jde o pracovníka s vědeckou erudicí. " Práci doporučuji k obhajobě, podle mého názoru odpovídá obecně uznávaným požadavkům k udělení akademického titulu. V Praze 4. 11. 2009 doc. Dr. Ing. Jan Kyncl
eVSKP id 24964