Témata doktorského studia

Aktuální témata doktorského studia pro studijní program Energetické inženýrství na ak. rok 2024 / 2025 vedených na Energetickém ústavu.

  • V případě, že máte zájem o jiné vlastní téma z oblasti energetiky, neváhejte nás kontaktovat.
  • Pokud budete mít o některé z nabízených témat zájem, je třeba co nejdříve kontaktovat příslušného školitele.
  • Témata jsou rozdělena podle pracoviště školitele:

Témata doktorského studia na Odboru energetického inženýrství

(1) Kryogenní chlazení a separace plynů

V souvislosti s hledáním zdrojů vodíku pro energetické využití je nutné hledat a prozkoumat nové metody separace a čištění plynů. Jednou z perspektivních cest je cesta kondenzace, kdy při velmi nízkých teplotách lze ze směsí plynů oddělovat jednotlivé složky, a tak získat vodík o vysoké čistotě. Pak by bylo možno jako zdroje vodíku využívat i generované nebo odpadní plyny. Práce doktoranda či doktorandky by zahrnovala především návrhy kryogenních výměníků a další nezbytných komponent technologie a řešení provozních problémů např. s namrzáním.

Školitelem doktoranda bude doc. Ing. Marek Baláš, Ph.D.

(2) Pronikání vodíku spoji a materiály komponent distribučních technologií

Vlastnosti vodíku vedou k významné parazitní propustnosti většiny materiálů používaných pro prvky technologií distribuce a skladování vodíku. Pro bezpečné provozování vodíkových technologií je nezbytné mít k dispozici nástroj pro predikci potenciálních průniků skrz stěny potrubí a spoje dílčích komponent. V rámci zpracování tohoto tématu budou realizovány dílčí experimenty sledující průniky testovacích plynů He a H2 skrz stěny vybraných potrubí, rozebíratelné a nerozebíratelné spoje. Na základě experimentů bude navržen postup pro predikci úniků vodíku, který bude sloužit následné konkretizaci nezbytné ventilace technologie pro bezpečný odvod unikajícího vodíku do okolí.

Školitelem doktoranda bude doc. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D.

(3) Víceparametrické optimalizace komponent pro přenos tepla

V rámci řešení bude pozornost věnována komponentám pro odvod tepla ve specifických aplikacích (chlazení bateriových článků), kdy je provedení komponent vhodné optimalizovat s ohledem na intenzifikaci přenosu tepla, minimalizaci tlakových ztrát, minimalizaci hmotnosti s respektováním limitů výroby. Řešení bude realizováno užitím dostupných výpočtových metod a simulačních nástrojů, jejichž výsledky budou ověřovány odpovídajícími experimenty.

Školitelem doktoranda bude doc. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D.

(4) Výzkum adsorpce pro záchyt oxidu uhličitého a kyslíku v rámci technologií carbon capture

Separace plynů je velmi dynamicky se rozvíjející oblast a do budoucna se bez ní klasická energetika neobejde. Separace bude nutná pro oxické spalování i pro následné čištění spalin a nakládání s oxidem uhličitým. Téma dizertační práce míří do této oblasti, konkrétní zaměření bude určeno na základě postupu výzkumných prací a získaných grantových prostředků.

Školitelem doktoranda bude doc. Ing. Marek Baláš, Ph.D.

(5) Získání buiohlu cestou pomalé pyrolýzy

Pyrolýza biopaliv a odpadů je velmi dynamické odvětví, které směřuje k efektivní transformaci tuhých paliv na dobře využitelné produkty. Náplní výzkumu v rámci dizertační práce bude optimalizace pyrolýzního procesu za účelem získání kvalitního tuhého zbytku - biouhlu.

Školitelem doktoranda bude doc. Ing. Marek Baláš, Ph.D.

Témata doktorského studia na Odboru termomechaniky a techniky prostředí

(1) Synergie AI v pokročilé analýze malých datových sad jako efektivní nástroj inovací v udržitelné energetice

Současné výzvy v oblasti životního prostředí vyvíjejí značný tlak na vysokou účinnost inovací v rámci udržitelné energetiky. Mnohé tradiční technické koncepce dosáhly svých limitů, což vyžaduje rychlé objevování nových, převratných řešení. Počáteční fáze výzkumu a vývoje těchto technologií se potýká s nedostatkem rozsáhlých souborů dat. Teprve vznikají počáteční soubory malých dat, z nichž je třeba s maximální účinností získat informace. I v pokročilých fázích výzkumu a vývoje, zejména v interdisciplinárních tématech, je zásadní rychle a spolehlivě identifikovat podstatné souvislosti, které mohou být lidskému úsudku skryty. S postupujícím úspěšným vývojem průkopnických technologií je žádoucí optimalizovat proces sběru dat a dynamicky identifikovat nejužitečnější směry získávání dat, které co nejefektivněji přispějí ke zlepšení výsledků. Jeden z možných směrů zahrnuje použití pokročilých analýz malých dat v podobě stochastických modelů a metod kvantifikace nejistot (UQ) podporovaných nástroji umělé inteligence (AI). Cílem této disertační práce je provést komplexní výzkum výše uvedených metod se zvláštním důrazem na ty, které mohou významně přispět k vyšší efektivitě výzkumu, vývoje a návrhu nových energetických technologií, urychlit inovace a zavádění průkopnických řešení v oblasti budoucí udržitelné energetiky.

Školitelem doktoranda bude doc. Ing. Mauder Tomáš, Ph.D.

(2) Transport inhalovaných aerosolů v modelech lidských plic

Mechanika proudění inhalovaných částic v postupně se větvících kanálech má uplatnění v mnoha oblastech. I konkrétní aplikace v dýchacích cestách je dvojí, jednak ochrana plic před škodlivými částicemi (ať už nanočástice, azbestová vlákna, nebo bioaerosoly), a dále také doprava léčiv pro inhalační léčbu. Práce má interdisciplinární charakter a vyžaduje kombinovat poznatky strojního inženýrství, chemie, matematiky, biologie a farmacie. Cílem je vyvinout přesné modely pro výpočet transportu a zejména dopraveného množství částic do konkrétních oblastí plic. Předpokládá se spolupráce se zahraničními pracovišti, např. University of Delaware, Centre for Energy Research Budapešť a další.

Školitelem doktoranda bude doc. Ing. František Lízal, Ph.D.

(3) Komplexní topologické struktury vyráběné 3D tiskem pro intezifikaci přenosu tepla: Modelování a optimalizace

Efektivní přenos tepla a optimální návrh tepelných výměníků patří mezi důležité oblasti související s účinností a ekonomičností široké řady zařízení, ve kterých dochází k tepelné výměně a její intenzifikaci. V minulosti byly technologie pro návrh a výrobu teplosměnných ploch omezeny na konvenční způsoby. V posledních letech však došlo k výraznému rozvoji aditivních technologií zahrnující 3D tisk kovových materiálů. Tento způsob výroby otevírá zcela nové možnosti výroby teplosměnných struktur s velmi komplikovanou topologií pro maximalizaci teplosměnné plochy (např. využití gyroidů). Cílem tématu bude vytvořit a validovat výpočtové modely pro simulaci tepelného chování komplexních struktur pro intenzifikaci přenosu tepla a tepelný výkon těchto struktur dále optimalizovat, např. pomocí soft computing metod. V tomto ohledu se předpokládá využití především přírodou inspirovaných algoritmů a metaheuristik, např. genetického algoritmu či optimalizace hejnem částic. Tyto metody mají totiž dle již publikovaných studií značný potenciál úlohy tohoto typu efektivně řešit. Tento výzkumný záměr je součástí aktuálně řešeného projektu MEBioSys (projekt výzvy OP JAK Špičkový výzkum). Dále je v úzké návaznosti na toto téma připravovan návrh projektu GAČR s předpokladem řešení od roku 2025. V rámci studia se očekává aktivní účast na zahraničních mezinárodních konferencích a absolvování stáže na zahraničním pracovišti, což představuje významnou příležitost pro rozvoj profesní sítě a získání nových poznatků a dovedností. K dispozici budou nezbytné nástroje a vybavení pro pokročilý výzkum, včetně přístupu k softwaru pro výpočtovou mechaniku tekutin (CFD), vysoce výkonným výpočetním systémům (HPC), experimentálnímu zázemí a dalšímu vybavení. V rámci řešení tématu je také předpokládána aktivní účast studenta na experimentální části výzkumu (testování vyrobených tepelných výměníků a sběr dat pro validaci výpočtových modelů).

Školitelem doktoranda bude doc. Ing. Lubomír Klimeš, Ph.D.

(4) Ekoinovace raketových pohonů synergií peroxidu vodíku a 3D tisku

Kapalinové raketové pohonné systémy, ve kterých peroxid vodíku (PV) slouží jako oxidační činidlo nebo monopropelant, představují významný potenciál pro redukci environmentálního dopadu a zjednodušení procesů skladování a manipulace s palivem. Nicméně, využití PV přináší specifické technické výzvy, které souvisí s jeho vysokou reaktivitou a omezenou stabilitou. Jedním z možných směrů řešení je tvarová optimalizace komponent raketového pohonného systému, vycházející z nejnovějších možností additivní výroby (3D tisku) s použitím materiálů kompatibilních s PV. Součástí řešení může být také začlenění pokročilých senzorických a řídicích systémů pro efektivní monitorování a řízení dekompozice PV, a to s cílem optimalizovat výkon a zvýšit bezpečnost pohonných systémů. Cílem tématu je tedy výzkum perspektivních konstrukčních návrhů pomocí výpočtových simulací a experimentálního modelování, který přispěje k rozvoji efektivnějších a bezpečnějších kapalinových raketových pohonných systémů. Pro tento výzkumný záměr je předpokládána podpora z projektů Evropské vesmírné agentury (ESA), včetně příležitosti získání doplňujících stipendií. Průmyslovým partnerem záměru je společnost OteSpace, s.r.o. V rámci studia se očekává aktivní účast na zahraničních mezinárodních konferencích a absolvování stáže na zahraničním pracovišti, což představuje významnou příležitost pro rozvoj profesní sítě a získání nových poznatků a dovedností. K dispozici budou nezbytné nástroje a vybavení pro pokročilý výzkum, včetně přístupu k softwaru pro výpočtovou mechaniku tekutin (CFD), vysoce výkonným výpočetním systémům (HPC), experimentálnímu zázemí a dalšímu vybavení. V rámci řešení tématu je také předpokládána aktivní účast studenta na experimentální části výzkumu (sestavování, nastavování a ladění testovací aparatury, přípravné testy s vodou, testy PV).

Školitelem doktoranda bude doc. Ing. Lubomír Klimeš, Ph.D.

(5) Nabíjecí infrastruktura pro elektrická vozidla: Strojové učení a analýza chování uživatelů pro optimalizaci a prediktivní údržbu

Zelená dohoda pro Evropu (European Green Deal) je v současné době velmi diskutovaným tématem, který cílí na 55% snížení emisí skleníkových plynů do roku 2030 a na bilančně nulové emise skleníkových plynů do roku 2050. Součástí této strategie je také transformace sektoru dopravy: přechod od spalovacích motorů využívajících fosilní paliva k elektricky poháněným vozidlům. Rostoucí počet elektromobilů ale přináší mnohé problémy, které je potřeba efektivně vyřešit. Jedním z nich je nabíjení elektromobilů, protože stávající elektrická síť a infrastruktura nejsou kapacitně schopny zajistit současné nabíjení velkého počtu elektromobilů. Cílem tématu bude vytvořit výpočtové nástroje, které budou umožňovat optimalizaci infrastruktury nabíjecích stanic elektromobilů (počet stanic, jejich rozmístění, nabíjecí výkon atd.), predikovat potřebu jejich údržby a využívat analýzu a predikci chování uživatelů (řidičů elektromobilů) pro efektivní provoz a využívání dobíjecí infrastruktury. K tomuto účelu se předpokládá využití nástrojů strojového učení, umělé inteligence a prediktivního modelování. Pro tento výzkumný záměr je předpokládána podpora z projektu, který je aktuálně hodnocen ve výzvě OP JAK Mezisektorová spolupráce. V rámci studia se očekává aktivní účast na zahraničních mezinárodních konferencích a absolvování stáže na zahraničním pracovišti, což představuje významnou příležitost pro rozvoj profesní sítě a získání nových poznatků a dovedností. K dispozici budou nezbytné nástroje a vybavení pro pokročilý výzkum, včetně přístupu k vysoce výkonným výpočetním systémům (HPC), experimentálnímu zázemí a dalšímu vybavení.

Školitelem doktoranda bude doc. Ing. Lubomír Klimeš,Ph.D.

(6) Vývoj sprejových systémů pro cílové aplikace s využitím strojového učení na databázi interních dat

Laboratoř vícefázové mechaniky tekutin na FSI vyprodukovala v posledních deseti letech značné množství kvalitních obrazových i číselných výsledků o chování různých sprejových systémů. V současnosti se pracoviště zabývá několika tématy, mezi nimi především vývojem sprejových systémů pro 1) aplikaci nanočásticových povrchů a 2) pro zachycování CO2. Cílem práce je využít tato data, utřídit a zpracovat je tak, aby byla využitelná pro aplikaci metod strojového učení. Budou využity stávající a vyvinuty nové modely strojového učení, které následně umožní extrahovat ze stávajících i nově získaných dat nové poznatky z oblasti vícefázových disperzních soustav. Ty umožní vývoj a optimalizaci sprejových systémů pro obě zmiňované témata. Téma práce je multidisciplinární. Má plné technicko-materiální zabezpečení, zejména laboratorní vybavení, techniku a materiál pro experimenty. Předpokládá se částečná finanční podpora studenta z projektu. Téma má vazbu na stávající nebo podaný výzkumný projekt. Předpokládá se několikaměsíční stáž na zahraničním pracovišti se záměrem posílení mezinárodní spolupráce, účast na technických seminářích a prezentací na konferencích. Před přijímacím řízením je nutno kontaktovat školitele a probrat podrobnosti studia.

Školitelem doktoranda bude prof. Ing. Jan Jedelský, Ph.D.

(7) Tepelný model bateriového úložiště

Obnovitelné zdroje energie jsou ze své podstaty výrazně časově proměnné, a proto se jejich využití neobejde bez ukládání energie. Jako perspektivní pro ukládání elektrické energie se jeví bateriová úložiště. Při nabíjení a vybíjení bateriových úložišť dochází k vývinu tepla, který v závislosti na okolních podmínkách může výrazně ovlivňovat životnost a spolehlivost bateriového úložiště. Cílem práce je vytvořit simulační tepelný model bateriového úložiště.

Školitelem doktoranda bude doc. Ing. Pavel Charvát, Ph.D.

Témata doktorského studia na Odbor fluidního inženýrství Viktora Kaplana

 

Studuj na EÚ