Laboratoř numerických simulací

Laboratoř je zaměřena na výzkum, vývoj a testování numericky řešených matematických modelů v oblasti energetiky. V rámci laboratoře se věnujeme modelování procesů kombinující proudění tekutin, termodynamické a mechanické pochody, zefektivňování výpočetních časů, topologickým optimalizacím, statistickému modelování i umělé inteligenci. Provádíme jak hodnocení, tak i návrhy nových systémů. Součástí laboratoře je řada simulačních softwarů a robustní výpočetní vybavení. 

Laboratoř numerických simulací je zaměřena na výzkum v oblasti matematického modelování v energetice, zejména pak spalování, přestupu tepla a prediktivního řízení.

Klíčové zázemí tvoří výpočetní stanice a celá řada simulačních nástrojů pokrývající nároky velkých a numericky náročných simulací.

Společně s placenými softwary využíváme i OpenSource knihovny pro velmi delikátní manipulace s výpočetními algoritmy, které nám umožňují vytvářet optimalizované rutiny s velkou mírou automatizace a to bez nutnosti pořizování drahých softwarů.

Jedním z důležitých aspektů naší práce je dobré zázemí v tzv. scientific programování. K tomuto účelu využíváme moderní programovací jazyky, jako jsou Matlab, Python, Julia, Modelica (poslední tři jsou volně dostupné).

Pomocí tzv. deklarativního komponentami orientovaného programování jsme schopni vytvářet dobře ovladatelné knihovny s grafickým rozhraním, kde sestavení modelu probíhá na principu drag-and-drop a následného spojování jednotlivých komponent (např. výměníky, čerpadla apod.).

Co nabízíme

  • Modelování termofluidních dějů v komponentách energetických centrál.
  • Modelování spalovacích procesů.
  • Topologické optimalizace, výměníků a jiných komponent v energetice.
  • Modelování separačních technologií pro záchyt tuhých látek.
  • Modelování šíření znečišťujících látek v přízemní části atmosféry a jejich rozptyl.

Vybavení

V rámci výzkumu a vývoje je využívána celá řada softwarů, programovacích jazyků a výpočetních stanic:

  • STAR CCM+
  • ANSYS
  • COMSOL
  • FeniCS a FeniCS Adjoint
  • Matlab
  • Julia
  • Python
  • Modelica (OpenModelica Editor pro GUI)
  • Výpočetní stanice Xeon s 32 CPU, 90 GB RAM 2GB GP-GPU se 192 CUDA jádry,
  • Výpočetní stanice Supermicro s 80 CPU, 196 GB RAM a 4GB GP-GPU s 640 CUDA jádry
  • Výpočetní Cluster THOR

Vybrané realizované projekty:

  • Výpočtové simulace pro efektivní nízkoemisní energetiku, Poskytovatel: MSM - Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy, Hlavní příjemce: Vysoké učení technické v Brně / Fakulta strojního inženýrství, Období řešení projektu: 2018 - 2022
  • Národní centrum pro energetiku, Poskytovatel: Technologická agentura ČR - Národní centra kompetence 1, Hlavní příjemce: VŠB - Technická univerzita Ostrava, Období řešení projektu: 2019 - 2022
  • Kvantifikace znečištění ovzduší a z něj vyplývajících zdravotních rizik v malých sídlech České Republiky a systém řešení, Poskytovatel: TA0 - Technologická agentura České republiky, Hlavní příjemce: Centrum dopravního výzkumu, v.v.i., Období řešení projektu: 2012 – 2015
  • Transport, transformace a distribuce aeroalergenů v městském mikro a mezoměřítku, Poskytovatel: MSM - Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy, Hlavní příjemce: Vysoké učení technické v Brně / Fakulta strojního inženýrství, Období řešení projektu: 2008 - 2011

Vybrané publikace a výsledky:

  • KUDELA, L.; ŠPILÁČEK, M.; POSPÍŠIL, J. Multicomponent numerical model for heat pump control with low-temperature heat storage: A benchmark in the conditions of Central Europe. Journal of Building Engineering, 2023, č. 66, ISSN: 2352-7102.
  • KUDELA, L.; ŠPILÁČEK, M.; POSPÍŠIL, J. Influence of control strategy on seasonal coefficient of performance for a heat pump with low-temperature heat storage in the geographical conditions of Central Europe. Energy, 2021, č. 234, s. 121276-121276. ISSN: 0360-5442.
  • KRACÍK, P.; KUDELA, L. Optimalizace provozu turbín při snížení teploty topného média. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Energetický ústav, 2021. s. 1-27.
  • KRACÍK, P.; KUDELA, L.; FIEDLER, J. Optimalizace provozu parních turbín. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Energetický ústav, 2020. s. 1-43.
  • KUDELA, Libor, Radomir CHYLEK a Jiri POSPISIL. Performant and Simple Numerical Modeling of District Heating Pipes with Heat Accumulation. Energies [online]. 2019, 12(4), 633. ISSN 1996-1073. Dostupné z: doi:10.3390/en12040633
  • POSPÍŠIL, J.; JÍCHA, M. Numerical modelling of transient dispersion of air pollution in perpendicular urban street intersection with detail inclusion of traffic dynamics. International journal of environment and pollution, 2019, vol. 65, no. 1/2/3, p. 71-83. ISSN: 0957-4352.
  • CHÝLEK, R.; ŠNAJDÁREK, L.; POSPÍŠIL, J. Vortex Tube: A Comparison of Experimental and CFD Analysis Featuring Different RANS Models. MATEC Web of Conferences., 2018. p. 1-12. ISSN: 2261-236X.
  • LISÝ, M.; POSPÍŠIL, J.; ŠTELCL, O.; ŠPILÁČEK, M. Optimization of Secondary Air Distribution in Biomass Boiler by CFD Analysis. Applied Mechanics and Materials, 2016, vol. 832, no. 1, p. 231-237. ISSN: 1662-7482.
  • POSPÍŠIL, J.; LISÝ, M.; ŠPILÁČEK, M. OPTIMALIZATION OF AFTERBURNER CHANNEL IN BIOMASS BOILER USING CFD ANALYSIS. Acta Polytechnica, 2016, vol. 56, no. 5, p. 379-387. ISSN: 1210-2709.
  • POSPÍŠIL, J.; ŠPILÁČEK, M.; LISÝ, M. Air Pollution Dispersion in Segments of Urban Areas. WSEAS Journal Transactions on Environment and Development, 2015, vol. 11, no. 2015, p. 237-245. ISSN: 1790-5079.

Vybrané diplomové a bakalářské práce

Při realizaci výzkumných a vývojových aktivit se snažíme spolupracovat se studenty bakalářských a magisterského studia, kdy výsledkem spolupráce jsou kvalitní bakalářské a diplomové práce. Při jejich realizaci mají možnost studenti využívat zázemí a vybavení laboratoře, zapojit do realizace řešených projektů a získat celou řadu praktických poznatků:

  • CHÝLEK, R. Vírová trubice. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2017. 86 s. Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D.
  • FILIP, P. CFD simulace proudění páry v neregulovaném odběru parní turbíny. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2017. 80 s. Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Jan Fiedler, Dr.
  • DUBNICKÝ, Ladislav. Aerodynamika axiálních větrných turbín. Brno, 2019. 103 s. Dostupné také z: https://www.vutbr.cz/studenti/zav-prace/detail/112990. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, Energetický ústav. Vedoucí práce Jiří Škorpík.
  • KUDELA, L. Aerodynamický výpočet vzduchové části parního kotle. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2017. 57 s. Vedoucí diplomové práce Ing. Martin Lisý, Ph.D.
  • NYTRA, Petr. Návrh úprav a rozvoje tepelné sítě v systému centrálního zásobování teplem.Brno, 2019. Dostupné také z:https://www.vutbr.cz/studenti/zav-prace/detail/117489. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, Energetický ústav. Vedoucí práce Ing. Libor Kudela.

Kontakt

prof. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D.
Energetický ústav, FSI VUT v Brně
e-mail: pospisil.j@fme.vutbr.cz
tel.: +420 541 142 581

Ing. Libor Kudela, Ph.D.
Energetický ústav, FSI VUT v Brně
e-mail: Libor.Kudela@vutbr.cz
tel.: +420 541 142 579

O nás