Master's Thesis

Modular Wind Tunnel for STEM Education

Final Thesis 4.55 MB Appendix 313.66 kB

Author of thesis: Bc. Vojtěch Buček

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Petr Vyroubal, Ph.D.

Reviewer: Ing. Pavla Šabacká, Ph.D.

Abstract:

This thesis focuses on the design, construction, and educational application of a modular wind tunnel as a tool for enhancing STEM education. It covers the theoretical background of aerodynamics, flow characteristics, and various types of wind tunnel configurations. Special attention is given to airflow measurement techniques and their integration into hands-on learning activities. The thesis analyzes existing commercial and open-source solutions and proposes an original design suitable for school use. The goal is to develop an affordable, accessible, and pedagogically effective device that connects theory with practice and supports the development of students' technical skills.

Keywords:

STEM education, wind tunnel, aerodynamics, airflow, velocity measurement, 3D printing, hands-on learning

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student seznámil státní zkušební komisi s cíli a řešením závěrečné vysokoškolské práce a zodpověděl otázky a připomínky oponenta - Domníváte se, že je pro výuku příliš velká změna rozměrů zařízení? - Je nějaký aspekt v návrhu zařízení, který zohlednil ná zařízení sloužit pro STEM? Jak by se návrh lišil pro STEAM? - Napadá Vás nějaká vazba konstrukce pro STEAM? - Může návrh laminátoru. - Jaká forma úprav způsobila, že při experimentu je vidět okem proudění vzduchu? - Proč je lepší vzduch táhnout v tunelu a ne jej tlačit? - Nebyl by lepší válcový průřez zařízení místo čtverce z hlediska proudění vzduchu?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Electrical Manufacturing and Management (MPC-EVM)

Composition of Committee

doc. Ing. Petr Vyroubal, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Ladislav Chladil, Ph.D. (člen)
Ing. Pavel Čudek, Ph.D. (člen)
Ing. Zdenka Rozsívalová (člen)
prof. Ing. Jiří Kazelle, CSc. (předseda)
Ing. Jiří Báňa (člen)
Ing. David Trochta (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Petr Vyroubal, Ph.D.

Diplomová práce je zaměřena na návrh a realizaci modulárního větrného tunelu určeného pro výukové a demonstrační účely v oblasti STEM vzdělávání. Řešená problematika spojuje konstrukční návrh, experimentální měření a vytváří základ pro další rozvoj laboratorních úloh a navazujících studentských projektů.

V práci je podrobně rozebrána potřebná teorie, která se opírá o relevantní literární zdroje. Student se zabýval problematikou proudění vzduchu, konstrukcí větrných tunelů a možnostmi jejich využití při výuce technických a přírodovědných oborů. Součástí práce je návrh a realizace modulárního systému umožňujícího demonstraci základních aerodynamických jevů a realizaci experimentálních úloh.


Za hlavní přínos práce považuji návrh a realizaci funkčního výukového zařízení, které může nalézt praktické využití při výuce i popularizaci technických oborů. Významným přínosem je rovněž vytvoření experimentální platformy umožňující propojení fyzického modelu s numerickými simulacemi a dalšími navazujícími projekty. Pozitivně hodnotím také spolupráci s řešením souvisejících úloh, díky které vznikl ucelenější systém s potenciálem dalšího rozvoje.


Student při řešení práce postupoval převážně samostatně a zaměřoval se především na praktickou realizaci navrženého zařízení. Oceňuji zejména schopnost převést návrh do funkční podoby a řešit problémy spojené s výrobou a sestavením zařízení. Přestože ne všechny připomínky byly v průběhu řešení plně zohledněny, podařilo se naplnit stanovené cíle práce a vytvořit funkční zařízení odpovídající zadání.

Po odborné i formální stránce je práce zpracována na dobré úrovni. Největší předností práce je její praktický charakter a skutečnost, že výsledkem není pouze návrh zařízení, ale jeho reálná realizace a ověření funkčnosti. Předložená práce splňuje požadavky kladené na diplomovou práci.


Vzhledem k výše uvedenému doporučuji práci k obhajobě a navrhuji ji hodnotit stupněm B Points proposed by supervisor: 85

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Pavla Šabacká, Ph.D.

Pan bc. Vojtěch Buček vypracoval diplomovou práci na téma Modulární větrný tunel pro STEM vzdělávání v rozsahu 73 stran, které rozdělil do šesti hlavních kapitol. V úvodní části se autor věnuje historii a vývoji STEM vzdělávání. Následně podrobně rozebírá teoretické principy větrných tunelů a možnosti jejich využití ve STEM vzdělávání. Teoretická část práce je zpracována na velmi dobré úrovni a svědčí o kvalitní orientaci autora v dané problematice.

V další části práce student analyzuje existující dostupná řešení a představuje vlastní návrh modulárního větrného tunelu. Součástí práce je také popis vývoje konstrukčních variant, které postupně vedly k finálnímu řešení zařízení. Samostatná kapitola je pak věnována simulacím proudění. Výsledky matematicko-fyzikálních simulací vhodně doplňují praktickou část práce.

Práce celkově prokazuje velmi dobrý přístup studenta k řešení zadané problematiky i schopnost aplikovat získané teoretické poznatky v praxi. K práci mám pouze několik dílčích výtek, které byly studentovi sděleny již ve fázi semestrálního projektu, avšak v konečné verzi práce nebyly plně zohledněny. Celkově v celém textu chybí odkazy na obrázky. Věta: „Pro potřeby této práce však Reynoldsovo číslo není příliš podstatné, jelikož navrženým větrným tunelem jej nebude možné změřit ani jinak zjistit.“ – tato věta (str. 18) není úplně správná, Re číslo je možné získat alespoň orientačně analyticky, což ostatně sám student dokazuje dále v práci výpočtem Re čísla.

Mimo výše zmíněné nemám k práci významnějších připomínek. Zadání bylo splněno, dle výše uvedeného doporučuji práci k obhajobě a hodnotím známkou výborně. Topics for thesis defence:
  1. Uveďte schéma okrajových podmínek pro výpočet v systému FlowSimulation s předpokládanými variantami provozních rychlostí. Jaký je rozsah rychlostí proudění při těchto okrajových podmínkách ve snímaném místě? A jaký je při těchto podmínkách rozsah Reynoldsova čísla ve snímaném místě?
  2. Ve své práci zmiňujete problémy, které znemožňují úplné použití zařízení ve výuce. Napadá Vás, jak by bylo možné větrný tunel upravit, aby mohl být použit právě pro potřeby laboratorní výuky?
Points proposed by reviewer: 92

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová