Diplomová práce přináší ucelený a technicky kvalitní návrh experimentální tratě pro výzkum vodního rázu, doplněný o propracovaný numerický model založený na metodě charakteristik, zahrnující viskoelasticitu potrubí i kavitaci. Student pracoval po celou dobu svědomitě a samostatně, s občasným využitím konzultací, které vždy vedly k rychlému posunu vpřed. Oceňuji také způsob, jakým dokázal efektivně využít nástroje generativní AI k tvorbě funkčního a přehledného kódu pro numerické simulace, což výrazně zvýšilo kvalitu i rozsah výsledků. Přestože by si text zasloužil ještě jednu pečlivou jazykovou korekturu, po obsahové stránce jde o práci na vysoké úrovni, která splňuje všechny cíle zadání a přináší hodnotné výsledky využitelné pro další rozvoj laboratoře OFI. Práci doporučuji k obhajobě.

Téma diplomové práce je vysoce aktuální, neboť přesná laboratorní validace numerických modelů rychlých nestacionárních dějů v potrubních systémech je klíčová pro bezpečnost průmyslových a energetických provozů. Zadání práce představovalo komplexní inženýrský problém, který od autora vyžadoval hluboké teoretické znalosti z oblasti mechaniky tekutin i schopnost praktického konstruování fluidních zařízení.
Předloženou diplomovou práci lze koncepčně i kvalitativně rozdělit na dvě odlišné části, což pravděpodobně odráží vysoké pracovní nasazení v první fázi a následný časový stres při dokončování textu.

První část: Rešerše a matematický model (Kapitoly 1 až 3)

Tato teoretická a výpočetní část je jednoznačně nadstandardní. Autor prokázal hluboké porozumění fyzikální podstatě problému. Sestavený numerický model v prostředí MATLAB precizně rozvíjí základní metodu charakteristik (MOC) o pokročilé fenomény. Velmi oceňuji implementaci viskoelastického chování stěn polymerního potrubí pomocí Kelvin-Voigtových elementů a integraci kavitačního modelu s diskrétním plynem (DGCM). Matematický aparát je metodicky čistý a jeho validace na datech ze stávající školní tratě potvrzuje funkčnost algoritmu.

Druhá část: Konstrukční návrh tratě, volba čerpadla a finanční rozpočet (Kapitola 4)

Na rozdíl od první části vykazuje tato praktická inženýrská fáze řadu nejasností, formálních nepřesností a ekonomicky neopodstatněných rozhodnutí, které snižují inženýrskou úroveň díla:

1. Koncepce hydraulického okruhu a volba čerpadla:

V textu zcela chybí kritické parametry stávajícího stavu (otáčky čerpadla META, bližší specifikace jeho napájení frekvenčním měničem). Hlavní logický nedostatek však spočívá v provázání čerpadla s novou tratí. Autor dimenzuje nové čerpadlo KSB Etanorm na překonání plných tlakových ztrát dlouhých potrubních smyček. Ze schémat zapojení i rešerše přitom vyplývá, že stacionární průtok před rázem je zajištěn gravitačním spádem z horní nádrže a čerpadlo plní pouze doplňovací funkci. Tento rozpor není v textu uspokojivě vysvětlen.

2: Konstrukční návrh ochranných prvků (Kapitola 4.5.3):

Velmi zajímavou částí práce je kapitola věnovaná dimenzování vzdušníku. Sestavený matematický model zde prokázal svou vysokou hodnotu, když správně identifikoval, že v daném uzlu trati panuje v ustáleném stavu relativní podtlak -60 až -70 kPa, což by vedlo k vyprázdnění vzdušníku a následným sekundárním rázům. Škoda však je, že autor na toto zjištění simulačního modelu nereagoval úpravou samotné koncepce. V případě, kdy výpočet odhalí nefunkčnost zvoleného řešení, by bylo metodicky správné navrhnout nápravná opatření – například prověřit změnu polohy vzdušníku do míst s trvalým přetlakem, aplikovat podtlakový ventil, nebo do trati zařadit koncový škrticí prvek, který by tlak v potrubí uměle zvýšil. Autor místo toho pokračoval v dimenzování původního, méně vhodného uspořádání. Kapitola tak sice skvěle demonstruje sílu výpočetního modelu, ale chybí jí dotažení do funkčního řešení.

3. Chyby v interpretaci charakteristik:

V grafech na obr. 4.7 až obr. 4.9 a všech přílohách se autor dopustil nepozornosti, když v legendě uvádí mylně dvakrát „charakteristika čerpadla“, ačkoliv se zjevně jedná o pracovní bod daný průsečíkem charakteristiky čerpadla a charakteristiky potrubní soustavy.

4. Materiálový návrh a finanční nároky:

Finanční rozpočet vykazuje neúměrně zvýšené náklady, které postrádají ekonomickou logiku. Autor pro nerezovou variantu tratě navrhuje drahé bezešvé trubky (úspora 33 %) a nerezové kulové ventily namísto technicky plně dostačujících svařovaných potrubí a uzavíracích klapek. Dále pro přírubové spoje volí krkové příruby namísto plochých, které by pro dané tlaky bezpečně vyhověly a byly by přibližně o 30 % levnější. Rozpočet je tak zbytečně nadhodnocen o cca 42%.

Práce má logickou strukturu, nicméně je z ní patrný kvalitativní propad mezi první a druhou polovinou textu. Oceňuji však vysokou akademickou integritu autora, který v příloze transparentně deklaroval rozsah a způsob využití nástrojů generativní umělé inteligence při psaní kódů a jazykové korektuře.
Diplomová práce Bc. Martina Štefka má vynikající teoretický základ v podobě nadstandardně zpracovaného matematického modelu. Slabší stránkou práce je však její druhá, realizační část, kde se autor dopustil koncepčních a grafických chyb při návrhu prvků okruhu a předložil předražený finanční rozpočet bez ekonomické optimalizace komponent. Nedostatky v druhé části práce jsou dle mého názoru přímým důsledkem časové tísně v závěru řešení.

Práci doporučuji k obhajobě a s ohledem na výše uvedené věcné a ekonomické nedostatky v praktické části navrhuji hodnocení: C (dobře). Topics for thesis defence:

1. Výpočetní náročnost sestaveného numerického modelu (Kap. 3): V textu práce často zmiňujete nutnost optimalizace počtu uzlů (sítě) a s tím spojenou stabilitu výpočtu a splnění Courantova kritéria. V textu však zcela chybí informace o časové náročnosti simulací. Jaká je reálná výpočetní náročnost (CPU time) Vašeho modelu v prostředí MATLAB pro standardní simulaci jednoho přechodového děje o reálném čase např. 30 sekund (zejména při započtení komplexního kavitačního modelu DGCM)?
2. Koncepce regulace a dimenzování čerpadla (Kap. 4.4): Nové čerpadlo KSB Etanorm je dimenzováno na překonání plných tlakových ztrát nově navržených dlouhých smyček. Vzhledem k tomu, že stacionární průtok před rázem je primárně zajištěn gravitačním spádem z horní nádrže a čerpadlo plní pouze doplňovací funkci, vysvětlete, proč jste zvolil toto robustní dimenzování.
3. Optimalizace ochrany proti podtlaku a kavitaci (Kap. 4.5.3): Inženýrské výpočty v práci odhalily, že v místě uvažovaného vzdušníku panuje v ustáleném stavu relativní podtlak až -70 kPa, což vede k nefunkčnosti zvolené koncepce (vyprázdnění vzdušníku, kolaps plováku a vznik sekundárních rázů). Jak byste na základě těchto výsledků upravil koncepci ochrany tratě? Zvažoval jste možnost změny polohy vzdušníku do míst s kladným přetlakem, případně aplikaci škrticího ventilu na výtoku do dolní nádrže pro umělé zvýšení tlaku v potrubí?
4. Instalace magneticko-indukčního průtokoměru (Kap. 4.6.2): V závěru kapitoly o volbě průtokoměru uvádíte doporučení výrobce instalovat zemnicí elektrody (případně zemnicí kroužky) v případě, že bude přístroj montován do plastového potrubí. Jaký je skutečný fyzikální význam a princip tohoto uzemnění u magneticko-indukčních průtokoměrů a co by se stalo s měřeným signálem, pokud by potrubí uzemněno nebylo?
5. Fyzikální limity kavitačního modelu (Kap. 3.3.2 vs. Kap. 4.5.3): Pro modelování kavitace jste zvolil pokročilý model s diskrétním plynem (DGCM). Při simulaci chování prázdného vzdušníku v podtlaku Vám model generuje extrémní tlakové špičky způsobené kolapsem kavitačních dutin. Do jaké míry jsou tyto matematicky vypočtené extrémní hodnoty reálné a jaké jsou limitace modelu DGCM při popisu takto rázového a makroskopického odtržení sloupce kapaliny?