Experimentální metody (FSI-KEM)

V přednáškové části kurzu je cílem seznámit posluchače s měřením, v inženýrské praxi používanou měřicí technikou, strukturou a plánováním experimentu, prací s daty a jejich vyhodnocením. Důraz je kladen na význam experimentálních metod jako způsobu ověření teoretických poznatků, a naopak experimentu jako výchozího prvku pro rozvoj hypotéz a výpočtů v procesním inženýrství, což se odráží v laboratorní části výuky. Tento přístup je nezbytný např. pro návrh unikátních specifických zařízení, pro která neexistují relevantní výpočtové vztahy a postupy.

Posluchač si osvojí dovednosti nezbytné pro samostatnou experimentální činnost. Cílem je, aby absolvent byl schopen k experimentu přistoupit systematicky, od plánovacích a přípravných prací, přes samotnou experimentální činnost až po vyhodnocení a interpretaci výsledků. Důraz je kladen také na časovou efektivitu a maximalizaci potenciálu reálných dat – laboratorních, ale také provozních. Za tímto účelem je část výuky situována v laboratořích a zkušebnách, kde studenti mají možnosti si jednotlivé úlohy procesního inženýra při provádění experimentů prakticky vyzkoušet a seznámit se i s aktivitami v plně provozním měřítku.

Předpokládají se základní znalosti z relevantních předmětů a bsolvovaných během bakalářského studia na Fakultě strojního inženýrství VUT v Brně (např. fyzika, mechanika).

V úvodu je prezentován smysl a význam předmětu a jsou ukázány praktické případy, kde se setkáme s nutností získání naměřených dat metodami, jež jsou popsány v dalších přednáškách a prakticky aplikovány ve cvičeních. Velká pozornost je věnována vazbě na konkrétní případy. Tzn. seznámení se s (často unikátními) experimentálními zařízeními, se specifikací měřených dat a vazbou na laboratorní úlohy.

(Nejen) procesní inženýři se při návrhu nových zařízení či úpravách existujících zařízení často spoléhají na výpočty či výpočtové nástroje. Jejich vstupní proměnné však nemusí být dostupné v literatuře a odhady na základě návrhových výpočtů mají omezenou přesnost, což vede k zatížení výsledků výpočtu značnými nejistotami. Experimentální metody umožňují takovéto výpočty ověřovat (model validation), případně přesněji stanovit hodnoty vstupních proměnných. Často měřené parametry jsou například termofyzikální a transportní vlastnosti, součinitele přestupu tepla a hmoty apod.

Laboratorní práce je ještě více profilující v oblasti výzkumu a vývoje. Experimentální metody provází celý cyklus vzniku nové technologie, od prvotního ověření konceptu v laboratorním měřítku, přes odstraňování objevených nedostatků a škálování do provozního měřítka, včetně řízení procesu, až po provozní zkoušky ověřující schopnost stabilně dosáhnout jmenovitých parametrů bez nadměrné údržby. Cílem předmětu je seznámit posluchače jak s jednotlivými úkony a fázemi experimentu, včetně jeho plánování a přípravy, tak s častými jednotkovými operacemi procesního inženýrství. Výuka je koncipována tak, aby doplnila teoretické znalosti z jiných předmětů (jedná se zejména o tepelné, hydraulické, difúzní a mechanické pochody) praktickými zkušenostmi.

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny, včetně přímé vazby na reálné aplikace. Výuka je doplněna laboratorním cvičením zaměřeným na praktické zvládnutí dovedností probraných na přednáškách.

Předmět je zakončen zápočtem a zkouškou. Pro udělení zápočtu je nezbytná účast ve cvičeních a odpovídající zpracování protokolů z měření. Zkouška sestává ze dvou částí:

1. část: písemná – prokázaní znalostí přednesené látky,

2. část: ústní – prokázaní teoretických i praktických znalostí a dovedností při rozpravě

Účast na přednáškách je doporučená. Účast na cvičeních je povinná a je kontrolována.
Praktická část výuky je zaměřena na zpracování protokolů z experimentálních měření. Zameškaná výuka v praktických cvičeních je nahrazována. Protokoly a účast ve cvičeních jsou podmínkou pro udělení zápočtu. Úroveň znalostí z praktické části i přednesené látky jsou předmětem ústní zkoušky.