Bachelor's Thesis

Hydrocyclone with an Independent Feed Chamber

Final Thesis 2.42 MB

Author of thesis: Bc. Marek Zachwieja

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Roman Klas, Ph.D.

Reviewer: Ing. Lukáš Běhoun

Abstract:

The performance of a hydrocyclone is significantly dependent on the formation of velocity and pressure fields responsible for the generation of centrifugal forces. In the hydrocyclone head, a sharp flow transition occurs between two compartments, which influences the flow pattern in the remainder of the cyclone. Partial separation of the head could smoother this transition, which could have a positive effect on the properties of the hydrocyclone. The main objective of this thesis is to design a hydrocyclone with a separated head and subsequently compare it with a conventional hydrocyclone. A model of a standard cyclone and two hydrocyclones with a separated head are developed. These are then subjected to CFD simulations in ANSYS Fluent. Afterwards, the properties of these hydrocyclones such as separation efficiency, pressure drop, centrifugal acceleration and velocity distributions are compared. The results show that separating the head leads to a reduction in pressure drop, but also to a decrease in separation efficiency compared to the baseline hydrocyclone.

Keywords:

hydrocyclone, separated head, pressure drop, separation efficiency

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Poté, co komise studenta přivítala, tak začal obhajobu prezentací své závěrečné práce. Po přečtení posudků zodpověděl otázky oponenta. Následovaly otázky komise: Byl proveden rozbor tangenciální a radiální složky rychlosti? Jakým způsobem by bylo možné ovlivnit tvar rychlostního pole? Z jakého důvodu byly vybrány částice z PVC pro vizualizaci proudění? Proč je použit zrovna kuželový tvar hydrocyklonu? Student zodpověděl všechny dotazy ke spokojenosti komise.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Fundamentals of Mechanical Engineering (B-ZSI-P)

Specialization

Fundamentals of Mechanical Engineering (STI)

Composition of Committee

doc. Ing. Vladimír Habán, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Pavel Rudolf, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Jiří Šremr, Ph.D. (člen)
Ing. Roman Klas, Ph.D. (člen)
Ing. David Štefan, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Roman Klas, Ph.D.

Student se ve své bakalářské práci zabýval návrhem hydrocyklonů, a to především srovnáním klasické koncepce s tangenciálním vstupem a provedením s odděleným prostorem vstupní hlavové části od kuželového tělesa cyklonu.

V úvodu autor práce popsal vlastnosti a princip činnosti vířivých třídičů. Následně realizoval základní návrhy modifikovaných verzí cyklonů, využil k popisu odlišností mezi jednotlivými variantami CFD simulace, provedl základní rozbor rychlostního pole a stanovil velikosti tlakových ztrát a účinností třídění.

Po formální stránce je text předložené studie vhodně strukturován s odpovídajícím počtem literárních zdrojů. Práce by si však zasloužila vhodnější formátování některých obrázků, rovnic a grafů a také vylepšení stylistické úpravy. V praktické rovině by některé problémy zmíněné v práci či konkrétní pasáže měly být podrobněji a přesněji popsány.

Při zpracovávání tématu bakalářské práce si student počínal samostatně, svědomitě, seznámil se s problematikou vířivých třídičů a vytvořil úvodní podklad pro možné navazující modifikace vstupního prostoru těchto zařízení.

Bakalářskou práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment B
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level C
Work with used sources including quotations A
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Lukáš Běhoun

Předložená bakalářská práce studenta se zabývá komplexním problémem modelování vnitřního proudění v hydrocyklonech pomocí CFD simulací.

Autor úspěšně odsimuloval dvoufázový Euler-Lagrangeův model se sledováním diskrétních částic, přičemž nastavení výpočtů je v práci dobře popsáno. U výpočtů navíc prezentuje a komentuje výsledky přehledně. Dále oceňuji analyticky podložený návrh rozměrů vycházející z rovnice kontinuity. Významným přínosem je, že student šel nad rámec zadání vyžadujícího dva modely, když nasimuloval jednu tradiční variantu hydrocyklonu a dále dvě varianty s oddělenou hlavou, tedy o jednu více, než bylo potřeba.

Práce má navíc dobrou úroveň citací s 18 relevantními zdroji. Kladně hodnotím kritický přístup k výsledkům, kdy autor přiznal, že oddělení hlavy sice snížilo tlakovou ztrátu, ale vedlo ke snížení separační účinnosti, načež identifikoval přepážku jako možný zdroj problémů a navrhl logické řešení nalezeného problému.

V práci se však objevuje několik formálních a metodických nedostatků.

Student částečně nesplnil jeden z bodů zadání vyžadující rozbor tlakového pole a omezil se pouze na rozbor rychlostního pole, stanovení celkové tlakové ztráty a účinnosti separace.

Další výtkou je absence vizuálního zobrazení výpočtové sítě, u níž tak nelze ověřit strukturu ani případné zjemnění v kritických místech. V práci jsou však uvedeny alespoň kvalitativní metriky, ve formě „Skewness“ a „Element quality“ pro použité sítě.

Nesprávná je interpretace na straně 30, kde autor tvrdí, že oříznutí hodnot rychlostního pole u krátkého cyklonu způsobila starší verze ANSYS Fluent, což je vysoce nepravděpodobné. 

Některé obrázky vykazují horší čitelnost a na obrázku 17 se autor dopustil chyby v popisu svislé osy, kde uvedená jednotka působí jako milisekundy na mínus druhou, nikoliv metry za sekundu na druhou. Text doprovázejí občasné gramatické chyby, občasná změna autorského rodu z trpného na první osobu množného čísla, nefunkční křížové odkazy a prázdná strana na konci odevzdané práce.

Předložená práce i přes uvedené formální a grafické nedostatky plně splňuje požadavky kladené na závěrečné práce bakalářského studia. Student prokázal schopnost samostatné inženýrské práce a analytického uvažování.

Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji celkové hodnocení B - velmi dobře.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment B
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations A
Topics for thesis defence:
  1. V cílech zadání byl definován rozbor tlakového pole. Můžete u obhajoby dodatečně prezentovat tlaková pole v podélném řezu pro konvenční hydrocyklon a varianty s oddělenou hlavou? Jak se v těchto polích projevuje Vámi popsaný radiální nárůst tlaku v rešeršní části?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová