Master's Thesis

Design of a heat exchanger for heat recovery from exhaust air

Final Thesis 3.09 MB Appendix 311.45 kB

Author of thesis: Bc. Patrik Vojtěch Bělaška

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Marek Baláš, Ph.D.

Reviewer: Ing. Filip Toman, Ph.D.

Abstract:

The master’s thesis focuses on the design of two types of heat exchangers for heat recovery from exhaust air. The first part provides a review of heat exchangers used for gases followed by calculations based on specified air parameters. The first type involves the design of a plate-fin recuperative heat exchanger, and the second type involves the design of a rotary regenerative heat exchanger in two configurations. Based on the design, technical drawings were produced and the thesis concludes with a comparison of both types.

Keywords:

Heat exchanger, heat exchanger design, rotary heat exchanger, plate-fin heat exchanger, waste heat recovery

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student odprezentoval obsah své diplomové práce. Otázky oponenta byly zodpovězeny. V průběhu obhajoby byly položeny následující doplňující otázky. Pan Ing. Boko se ptá na ekonomické hledisko, zda bylo uvažováno mezi variantami výměníku. Otázka byla téměř zodpovězena. Pan Milčák, Ph.D. se ptal na použití suchého vzduchu ve výpočtu, jak by se projevila vlhkost vzduchu. Doplňující otázka: Jak byste vlhkost určil? Student otázku nezodpověděl. Doplňující otázka II: Druhy vlhkosti. Student zodpověděl. Na čem vlhkost závisí? Student nezodpověděl. Pan doktor Milčák se vrátil k otázce: "Kolik byste tedy očekával objemový podíl vlhkosti ve spalinách?". Otázka nebyla zodpovězen. Pan docent Baláš se ptal na materiál uvažovaný na výměníku, zda by byla vlhkost problémem. Otázka byla zodpovězena. Otázka ohledně žeber a částic znečištění, zda dochází k nějákým problémům. Otázka byla zodpovězena, může docházet k abrazi. Jakou máte rychlost částic? Student tento parametr nepočítal.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Energy Institute

Study programme

Power and Thermo-fluid Engineering (N-ETI-P)

Specialization

Power Engineering (ENI)

Composition of Committee

doc. Ing. Marek Baláš, Ph.D. (předseda)
Ing. Pavel Milčák, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Alojz Boko (člen)
Ing. Pavel Křemínský (člen)
prof. Ing. Jan Hrdlička, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Marek Baláš, Ph.D.

Student Bc. Patrik Vojtěch Bělaška předložil velmi pěknou diplomovou práci, která měla za cíl návrh výměníku tepla pro získání tepla z odpadního vzduchu v několika variantách. Student cíle práce naplnil bezezbytku. Postupně provedl výpočet pro dva typy výměníků a návrh jednoho výměníku předložil ve dvou variantách. Součástí práce je i základní výkresová dokumentace.
Student využíval časté konzultace a výstupy z nich vhodně zužitkoval při tvorbě práce. Práce splňuje požadavky na ni kladenou a doporučuji ji k obhajobě. Práci hodnotím známkou A / výborně.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
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 A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Filip Toman, Ph.D.

Cílem práce bylo navrhnout rekuperační výměník tepla, což autor splnil prostřednictvím detailního matematického modelu kombinujícího křížové a protiproudé uspořádání. Výpočetní aparát práce je velmi komplexní a oceňuji v něm zejména podrobné stanovení účinnosti žebrování jak pro čerstvý, tak i pro odpadní proud vzduchu v obou částech výměníku, což svědčí o dobré schopnosti studenta pracovat s pokročilými termofluidními vztahy. Práce má logické uspořádání a její výsledky poskytují solidní základ pro praktickou realizaci rekuperačních jednotek.

Z pozice oponenta je však nutné poukázat na některé aspekty, které úroveň práce mírně snižují. V textu se objevují občasné formální nepřesnosti, překlepy a v kapitolách věnovaných vyhodnocení mohl autor uplatnit hlubší inženýrskou diskuzi nad citlivostí celkového návrhu na změnu provozních parametrů vzduchu (např. vlhkosti a s ní spojené možné kondenzace). Z hlediska hydraulického výpočtu autor sice správně definuje dynamickou viskozitu pro střední teploty obou proudů, ale v textu chybí detailnější rozbor vlivu geometrie zvlnění či uspořádání žeber na zanášení teplosměnné plochy v reálném provozu s prachovými částicemi. Výkresová dokumentace je sice čistá a splňuje základní standardy, nicméně některé konstrukční detaily  mohly být rozpracovány o něco podrobněji.

I přes tyto dílčí připomínky vykazuje předložené dílo vysokou odbornou úroveň, odpovídá požadavkům na inženýrské závěrečné práce na FSI VUT a jeho výstupy jsou v praxi dobře využitelné. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji celkové hodnocení B – velmi dobře
Evaluation criteria Grade
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 B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. 1) jakým způsobem by se ve Vašem matematickém modelu projevila případná kondenzace vodní páry z odpadního vzduchu na stěnách výměníku a jak by tento jev ovlivnil celkový součinitel prostupu tepla?
  2. 2) Jaká konkrétní konstrukční opatření byste doporučil pro minimalizaci zanášení žebrovaných ploch výměníku v případě, že by odpadní vzduch obsahoval vyšší koncentraci prachových částic?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová