„Kdyby bylo možné patentovat matematické výsledky a postupy, dost možná by matematici tvořili vrstvu nejbohatších lidí,“ říká Jan Pech, vedoucí Laboratoře výpočetní mechaniky tekutin Ústavu termomechaniky Akademie věd ČR.
Čím se Laboratoř výpočetní mechaniky tekutin zabývá?
Provádíme výpočetní simulace pohybu tekutin. Výpočet je protějškem experimentu a shoda výsledků je potvrzením pochopení a správnosti popisu zkoumaného problému. Problematika proudění je poměrně pestrá a dříve byli jednotliví výpočtáři přidruženi k různým specializovaným výzkumným skupinám. I v rámci laboratoře, kterou dnes vedu, se zabýváme vzájemně odlišnými problémy a užíváme odlišné metody. Smysl laboratoře je tak v usnadnění komunikace a formulaci společných požadavků např. na výpočetní cluster nebo software. Také ale hledám společně řešitelné problémy, na nichž porovnáváme výpočetní metody.
V jakých oborech se výsledky vašeho výzkumu využívají?
Pro výpočty dostáváme zadání především z experimentálních laboratoří, které se zabývají různými problémy – od studia mezních vrstev a turbulence u křídel letadel či turbínových lopatek až po výzkum proudění v otevřené krajině nebo ve městech. Výzkum z pohledu celého Ústavu termomechaniky je ale mnohem širší. Kromě mého domovského oddělení dynamiky tekutin totiž v ústavu nalezneme oddělení termodynamiky, dynamiky a vibrací, rázů a vln v tělesech, ultrazvukových metod a oddělení elektrotechniky a elektrofyziky. Výzkum je tedy úzce spjat s potřebami průmyslu.
Můžete uvést konkrétní příklady?
Omezím-li se opět jen na oddělení dynamiky tekutin, vyzdvihl bych především podíl na vývoji turbínových lopatek, které se dnes točí v elektrárně Temelín. Na základě optimalizace tvaru lopatek, na níž náš ústav spolupracoval, se podařilo navýšit výkon turbíny Temelína o několik desítek megawattů. U nás se také dělaly odhady šíření prachu z dolu Libouš nebo model šíření nebezpečných látek na Staroměstském náměstí. Ze základního výzkumu pak mohu jmenovat například vliv ohřevu na proudění tekutiny nebo vliv drsnosti povrchu na tvorbu mezní vrstvy.
Co ještě ústav zkoumá?
V ústavu probíhá výzkum způsobů ukládání energie, diagnostiky materiálů, analýza signálu, ale i třeba hledání nových způsobů svařování. Toto je jen úzký a náhodný výběr, těžko bych vyjmenovával všechny oblasti výzkumu.
Jaké vybavení k výzkumům využíváte?
Experimentální laboratoře obvykle potřebují poměrně nákladné přístroje pro specializovaná měření. Jejich vysoká cena je dána tím, že jde o prototypy nebo zařízení, která se vyrábějí v malém počtu kusů. Specifikem našeho oddělení jsou měření v aerodynamických tunelech. Máme jich hned několik a i ty se liší svým zaměřením. Tunely pro zkoumání mezních vrstev a podstaty turbulence jsou v hlavní budově na Ládví. Tunel aerodynamiky prostředí, v němž se měří na věrných a krásných modelech měst nebo krajiny, se nachází v laboratoři v Novém Kníně. Tam je umístěn i další tunel pro výzkum proudění o rychlostech přesahujících rychlost zvuku. Ten je zajímavý tím, že je připojen na důlní štolu, která funguje jako „zásobník vakua“. Po odsátí celého objemu štoly lze po otevření ventilu měřit několik desítek sekund proudění přesahující rychlost zvuku a simulovat tak dění v turbíně.
Naproti tomu výpočetní laboratoř téměř žádné zvláštní vybavení nemá. K naší práci potřebujeme jen knihy, papír, tužku a celkem průměrný počítač pro testování funkčnosti našich programů. Teprve až velké výpočty přesouváme na výpočetní cluster, který sdílíme s dalšími skupinami.
Kdo vám zadává výzkumné úkoly?
Stává se, že zadání přijde i z oblasti průmyslu, tak jako tomu bylo u zmíněných turbínových lopatek, ale poslání Akademie věd je především v základním výzkumu. Vědec většinou sám nejlépe ví, v jakém směru by mohl přispět k rozšíření oboru. Je to ale složité, protože jde o zkoušení cest do neznáma a předem obvykle nelze odhadnout úspěšnost. Stává se také, že během té cesty se objeví něco jiného, stejně významného, ale původní záměr se zcela nenaplní. Situaci rád přirovnávám k objevení Ameriky, kdy Kolumbus riskoval život, aby doplul do Indie. Tam sice nedoplul, ale kdyby ho v jeho pošetilosti nikdo nepodpořil, Ameriku bychom neznali. Přeneseno do dnešní doby, před vyplutím by asi žádal nějakou agenturu o grant. Měl by ho dostat a popřípadě o část dotace přijít za to, že do Indie nedoplul?
Kolik máte přihlášených patentů?
Kdyby bylo možné patentovat matematické výsledky a postupy, dost možná by matematici tvořili vrstvu nejbohatších lidí. Vím, že v oblastech, kde patenty podávat lze, jich v ústavu přibývá. Ale rozhodně patenty netvoří původní cíl bádání, jsou spíš vítaným přilepšením.
Kdy váš ústav vznikl a čím se původně zabýval?
Ústav vznikl v roce 1953 jako Laboratoř strojnická ČSAV a měl zajišťovat výzkum pro technické vědy a průmysl. Název Ústav termomechaniky má od roku 1962, kdy se jeho zaměření přesunulo více k výzkumu proudění tekutin a kmitání systémů. Původní poslání zůstalo dodnes.
Jak vidíte jeho budoucnost?
Proudění tekutin stále skýtá řadu nevyřešených otázek, mezi něž například patří i slavná turbulence. Ať už je to výroba elektrické energie nebo proudové motory letadel, je mnoho odvětví, ve kterých se náš výzkum uplatňuje. Do budoucna je důležité vytvářet kvalitní prostředí, zázemí pro absolventy škol, aby se na začátku kariéry nenechali zlákat penězi ze soukromé sféry. Výzkumná práce předešlých generací českých vědců má světové kvality a byla by to velká ztráta, kdybychom na ni nebyli schopni navázat. Stále totiž patříme do elity těch několika zemí, které jsou schopny vyprodukovat třeba proudový motor. (29.5.2019)