diplomová práce

Vývoj struktury pro efektivní přenos tepla

Text práce 4.84 MB

Autor práce: Ing. Jakub Černoch

Ak. rok: 2019/2020

Vedoucí: Ing. Jakub Mašek, Ph.D.

Oponent: Ing. Václav Lazar, Ph.D.

Abstrakt:

Diplomová práce se zabývá teoretickými výpočty a návrhem struktury pro přenos tepla, která je součástí Miniaturizovaného tepelného spínače podle zadaných požadavků Evropské Kosmické Agentury.
Základními parametry jsou nízká hmotnost a vysoká tepelná vodivost. Práce navazuje na spínač navržený firmou Arescosmo, který nesplňoval požadované limity zejména v oblasti hmotnosti a tepelné vodivosti.
Pomocí teoretických výpočtů hmotnosti a tepelné vodivosti bylo ověřeno 49 variant ve třech základních konceptech – Mechanická struktura, flexibilní struktura složená z drátků a foliová struktura.
Z hlediska tepelné vodivosti jako nejlepší struktury vycházejí ty, které jsou založené na použití ochranných kovových opletů. Z dostupných zdrojů byly rovněž navrženy technologie, které by bylo možné využít pro výrobu těchto struktur.
Pro splnění požadavků, bude v další fázi projektu nutné vyrobit experimentální vzorky na kterých budou teoretické výpočty a vybrané technologie ověřeny.

Klíčová slova:

Miniaturizovaný tepelný spínač, tepelná vodivost, Vesmír, ESA, měděné oplety, hliníkové oplety, hliníkové folie, měděné folie, uhlíkové materiály, grafen, měděné pletené pásky

Termín obhajoby

20.07.2020

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Student vysvětlil pojem "cold welding" z otázky oponenta a poznamental možné způsoby předcházení tomuto jevu. Student vysvětlil možnosti zvýšení kontaktní vodivosti pomocí dodatečného materiálu v kontakční ploše, teplovodivé pasty a povlakování. Otázka: Uvažoval jste ochranu před vlivy radiace v kosmu? Odpověď: Byly použity materiály schválené (odzkoušené) pro použití v kosmu. Otázka ohledně technologičnosti předložených návrhů. Odpověď: Uvažováno bylo elektronové svařování konzultované na Akademii věd. Otázka ohledně přínosu tématu DP. Odpověď: Cílem bylo dosažení nízké hmotnosti a řešení nízké tepelné vodivosti.

Jazyk práce

angličtina

Fakulta

Ústav

Studijní program

Strojní inženýrství (M2I-P)

Studijní obor

Stavba letadel (M-STL)

Složení komise

doc. Ing. Jiří Hlinka, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Ivo Jebáček, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Josef Klement, CSc. (člen)
doc. Ing. Vladimír Daněk, CSc. (člen)
doc. Ing. Ladislav Janíček, Ph.D., MBA, LL.M. (člen)

Posudek vedoucího
Ing. Jakub Mašek, Ph.D.

V rámci zpracování diplomové práce se student zapojil do řešení problematiky přenosu tepla v komponentě s proměnnou stavební výškou při vývoji kosmického zařízení. Zhodnotil požadavky ECSS standardů pro návrhy konstrukční dílů v kosmickém průmyslu a navrhl tři odlišné koncepty řešení problému. Velmi dobře zpracovaná je analytická metodika výpočtů, kterou si student vytvořil pro každý koncept a citlivostní analýza nejdůležitějších parametrů. Z každého konceptu jsou pak vybrány nejlepší návrhy pro celkové hodnocení. Student si počínal velmi iniciativně a v závěru práce prezentuje správné a vysoce kvalitní výsledky. V teoretické části však trochu chybí rešerše řešení podobného problému přenosu tepla z literatury jako podklad a reference pro prezentované koncepční návrhy. Hodnotím A, výborně.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu C

Známka navržená vedoucím: A

Posudek oponenta
Ing. Václav Lazar, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá návrhem a výběrem vhodné tepelně-vodivé struktury pro vyvíjený kosmický tepelný spínač. V úvodu se diplomant věnuje popisu dosavadního řešení flexibilní struktury na poskytnutém testovacím vzorku spínače. Jasně definuje její nedostatky a následně prezentuje tři koncepční návrhy možného vylepšení. Teoretická část dále navazuje studiem příhodných kosmických standardů, výběrem vhodných materiálů a použitelných technologií. Celá rešerše pak velmi dobře slouží jako kvalitní poklad pro zbytek práce.

Navrhované řešení flexibilních struktur pro vedení tepla je možno rozdělit na tři hlavní koncepty popsané v kapitolách 9 až 11. Každý z těchto konceptů je doplněn několika variantami, pro které jsou vypočítány zásadní parametry jako tepelná vodivost struktury, hmotnost a potřebná plocha. Jednotlivé varianty koncepčních řešení jsou porovnávány mezi sebou a dále komentovány z perspektivy předem stanovených požadavků vyplývajících z rešeršní části. V závěru diplomant vybírá nejlepší variantu na základě kvalitativního srovnání dílčích návrhů a provedl rozvahu nad možnými navazujícími činnostmi v dané oblasti. Použité výpočty i metody jsou adekvátní k zhodnocení návrhů.

Práce je psána v angličtině na velmi dobré úrovni. Srozumitelnost je obecně dobrá, četnost překlepů je v daném rozsahu zanedbatelná. Po formální stránce je práce v pořádku.

Diplomant splnil veškeré cíle práce a prokázal přehled jak v oblasti konstrukční, tak flexibilních struktur. Dosažené výsledky zvládl vhodně zhodnotit a prezentovat. Práce je navíc vysoce aktuální díky návaznosti na řešený projekt vývoje tepelného spínače. Práci doporučuji k obhajobě.
Kritérium hodnocení Známka
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 A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Otázky k obhajobě:
  1. Jedním z navrhovaných konceptů je mechanická struktura pro přenos tepla. Můžete krátce zhodnotit riziko takzvaného „cold welding“ způsobeného potenciálním vystavením spínače s touto strukturou v kosmických podmínkách?
  2. Jaký způsob snížení tepelně přechodového odporu by bylo možno použít pro zlepšení přenosu tepla v případě navrhovaných mechanických struktur?

Známka navržená oponentem: A

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová