Bachelor's Thesis

Analysis of the Velocity Field Around a Side-View Mirror Model

Final Thesis 5.54 MB Appendix 4.77 MB

Author of thesis: Bc. Jan Svozil

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. František Lízal, Ph.D.

Reviewer: prof. Ing. Jan Jedelský, Ph.D.

Abstract:

This bachelor's thesis presents an experimental investigation into the effect of exterior rearview mirror geometry on the aerodynamic drag and aeroacoustic noise of road vehicles. The
primary focus is on analyzing the vortex structures within the wake, which adversely affect
overall operational efficiency and passenger acoustic comfort. For the experiment, two
simplified mirror models with distinct housing geometries were designed and fabricated using
3D printing technology. The topology of the velocity fields was subsequently mapped in a wind
tunnel using Constant Temperature Anemometry (CTA). The experimental data demonstrated
that the shorter, more angular profile generates a spatially wide recirculation zone characterized
by intense turbulence production extending close to the side window. Conversely, the elongated
elliptical geometry produces more stable shear layers, forming a noticeably narrower wake. In
conclusion, this reduction in the effective width of the low-pressure region effectively decreases
pressure drag. The investigated elliptical design thus represents an optimized solution that
enhances acoustic comfort by keeping turbulent fluctuations away from the immediate vicinity
of the passenger cabin.

Keywords:

Exterior rear-view mirrors, Wake, Aerodynamic drag, Aerodynamic noise, Airflow, Wind
tunnel, CTA, Hot-Wire anemometry

Date of defence

08.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student seznámil zkušební komisi s průběhem řešení, výsledky a závěry své závěrečné práce. Student zodpověděl všechny dotazy oponenta. Dr. Hejčík otevřel diskuzi nad energií v turbulentních vírech a možností dopočítat z naměřených dat odporovou sílu. Doc. Katolický obdobně jako oponent konstatoval, že dostupná data neumožňují tak silné závěry, jako naznačuje práce. Komise se dále ptala na nastavení experimentu - konkrétně na počet měřených složek rychlosti a volný průřez v aerodynamickém tunelu - student na tyto dotazy přehledně odpověděl.

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. Pavel Charvát, Ph.D. (člen)
Ing. Vladimír Krejčí, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. František Lízal, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Jiří Hejčík, Ph.D. (člen)

Rychlostní pole v okolí zpětných zrcátek lze analyzovat pomocí různých experimentálních a výpočtových metod. Pan Svozil si jako základní metodu zvolil termoanemometrii, přičemž dobře dokázal využít jejích výhod. Tématu se začal věnovat systematicky od začátku školního roku. Nejprve nastudoval dostupnou literaturu, zpracoval její přehled a následně přistoupil k experimentální části. Postupoval s velkou mírou samostatnosti, dokázal se vypořádat s mnohými technickými komplikacemi a provedl veškerá potřebná měření, analýzu nejistot a rozbor výsledků.

Jako vedoucí pozitivně hodnotím schopnost hlubšího ponoru do problematiky a uvažování v souvislostech. Zvláště obtížné bylo dobře stanovit rozsah potřebných měření, aby se vše dalo zvládnout v rámci jednoho akademického roku, ačkoli téma vyloženě vybízí k provádění dalších zajímavých měření a použití nových experimentálních technik. Drobnou výhradu a doporučení pro příští akademické práce bych měl pouze k plánování a stanovování časového rozvrhu, neboť hodnocená práce byla dokončena těsně před termínem a v závěrečné fázi už byly úpravy prováděny pod nechtěným časovým tlakem. V práci se proto nachází dílčí formální nedostatky, například u popisků obrázků a odkazů na obrázky.

Celkově práci považuji za zdařilou, zejména s ohledem na rozsah vlastní experimentální práce, a hodnotím ji stupněm A.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
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 A
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations B
Student's independence when working on the topic B

Grade proposed by supervisor: A

Bakalářská práce pana Jana Svozila se zabývá experimentálním stanovením rychlostního pole v úplavu za zjednodušenými modely vnějších zpětných zrcátek. Zadání požadovalo rešerši problematiky aerodynamického odporu a hluku, návrh a výrobu modelu, měření pomocí termoanemometrie (CTA), vyhodnocení střední rychlosti a intenzity turbulence, lokalizaci oblastí odtržení proudu a diskusi možné souvislosti s aerodynamickým hlukem. Tyto body jsou v práci pokryty: student navrhl a vyrobil dva modely, provedl CTA měření v aerodynamickém tunelu, zpracoval konturové mapy rychlosti a turbulence a výsledky interpretoval ve vztahu ke geometrii zrcátek. Zadání tedy považuji za splněné.
Odborně hodnotná je zejména experimentální část práce. Experiment byl náročný, zahrnoval návrh modelů, přípravu zkušebního zařízení, kalibraci, CTA měření obou variant s vyhodnocením a vizualizací dat. Přínosné je prostorové mapování proudového pole v několika rovinách. Vhodné by však bylo provést předběžnou vizualizaci charakteru proudění a případné zvětšení měřicí oblasti.
Závěry jsou místy formulovány silněji, než dovolují naměřená data. Práce měří rychlostní pole a intenzitu turbulence, nikoli aerodynamický odpor, tlakové pole nebo akustický tlak. Proto nelze přímo tvrdit, že jeden model má nižší odpor nebo zajišťuje vyšší akustický komfort (např. str. 49, nebo str. 50 „Eliptické zrcátko 2 tak představuje nejen odporově, ale i akusticky optimalizované řešení”). Takový závěr lze chápat pouze jako indikativní hypotézu vyvozenou z tvaru úplavu a rozložení rychlostních fluktuací. Formulace typu „odporově a akusticky optimalizované řešení“ jsou zavádějící a nepřiměřené.
Student si je vědom hlavních metodických omezení, v práci je uvádí a výsledky v tomto kontextu interpretuje. Zásadní a diskutabilní je zejména použití jednodrátkové CTA sondy v oblasti recirkulace, kde může docházet ke zpětnému a vícesložkovému proudění. To omezuje spolehlivost interpretace úplavu. Dalším omezením je měření izolovaného modelu bez vlivu karoserie (A-sloupku a bočního okna). Nejistoty měření by bylo vhodné určit pro celý rozsah měřených rychlostí.
Naměřená data jsou prezentována především formou konturových map a slovního popisu. Chybí výraznější kvantifikace výsledků, například šířka úplavu podle zvolené izočáry rychlostního defektu, plocha oblasti s intenzitou turbulence nad danou mezí, poloha recirkulační oblasti nebo přímé porovnání rychlostních profilů obou modelů ve 2D grafech. Takové vyhodnocení by zvýšilo hodnotu práce.
Rešeršní část je poměrně rozsáhlá, s nižší informační hustotou. Obsahuje především obecný výklad mechaniky tekutin, aerodynamického odporu, hluku a metod měření. Chybí hlubší a aktuálnější zdroje k obtékání zpětných zrcátek, experimentům na obdobných modelech, aeroakustice bočního okna a současným metodám vyhodnocování úplavu. Až do strany 24 práce vychází převážně ze dvou zdrojů, což snižuje úroveň rešeršní práce. Citace často pokrývají celé obecné odstavce a ne vždy je jasné, co je převzatý poznatek a co vlastní interpretace studenta.
Formální a stylistická úroveň je celkově dobrá, text je však místy rozvláčný a opakující se. Některé formulace jsou nepřesné nebo příliš kategorické, například tvrzení o nedostatečnosti matematické analýzy, nepoužitelnosti Bernoulliho rovnice nebo analytické neřešitelnosti Navierových–Stokesových rovnic. Tato tvrzení mají racionální základ, ale měla by být formulována přesněji, resp. méně absolutně. Vyskytují se formální chyby a nekonzistence v odkazech na obrazový materiál, například odkaz „na obrázku 2“ místo „na obrázku 2.2“ a odkaz na „tabulku 1“ (jde o obr. 4.2). Některé obrázky by zasloužily podrobnější popisky, měřítka nebo jasnější označení měřeného případu.
Práce má technický přínos jako úvod k problematice a laboratorní komparativní experiment a může sloužit jako podklad pro další měření nebo CFD validaci. Praktickou využitelnost omezuje zjednodušená geometrie, absence karoserie, měření tlaku, odporu a hluku a použití jednosložkové sondy v silně trojrozměrném proudění. Práce splňuje cíle zadání, prokazuje schopnost studenta připravit a realizovat experiment a zpracovat naměřená data, proto ji doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment B
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality B
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
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 C
Topics for thesis defence:
  1. Proč nebylo měřeno rychlostní pole těsně před zrcátkem resp. v blízkém okolí obtékaných ploch v přední části zrcátka?
  2. V práci tvrdíte, že eliptický model snižuje tlakový odpor a zvyšuje akustický komfort. Jak byste navrhl navazující experiment, který by přímo ověřil souvislost mezi naměřenými fluktuacemi rychlosti a generovaným aerodynamickým hlukem? Které veličiny by bylo nutné přímo změřit, aby toto a případně další uváděná tvrzení byla experimentálně prokázána, nikoli pouze odvozena nepřímo?
  3. Rozsah měřených dat nabízí výsledky (sada 2D měření) vizualizovat a vyhodnotit ve 3D, jak lze toto provést?
  4. Vysvětlete podrobněji tvrzení na str.: o 29: "Relativní citlivost na rychlost je téměř konstantní v širokém rozsahu rychlostí." o 27: "Pomocí metody lze sledovat jakékoliv změny v proudovém poli, které ovlivňují přenos tepla....měření energetického spektra turbulentních vírů [3]. [6]" o 34: “Ačkoliv má proudění v úplavu za modelem trojrozměrný charakter, použití sondy s pouze jedním senzorem bylo zvoleno jako optimální kompromis.”

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová