|
|
Software for inverse heat transfer problems
Musil, Jiří ; Šnajdárek, Ladislav (oponent) ; Pospíšil, Jiří (vedoucí práce)
This thesis is focused on creating a software tool for the simulation of heat transfer, with the focus on the inverse problem. The first part describes the basic theory of inverse problems and heat transfer, as well as the derivation of a numerical solution of heat transfer equation, that is suitable for a computer simulation. The main part of the thesis deals with the design and implementation of the software solution itself. Apart from the computational engine, that is responsible for the simulation, also the graphical user interface (GUI) is created, that enables for convenient interaction with the computational engine. The last part serves as a presentation of achieved results and their comparison with the real experiment, as well as analyzing the influence of incoming parameters on the quality of the simulation.
|
|
|
Acceleration Of Electrical Impedance Tomography
Algorithm With Open And Closed Domain
Model Evaluation
Dušek, Jan
The presented paper discusses the possibilities of parallelizing algorithms for the image reconstruction in the Electrical Impedance Tomography (EIT). The parallelization process was performed and tested with combination of Matlab and CUDA environment. A twenty-fold acceleration of the Jacobian calculation was achieved. Besides of the parallelization process, the important part of the EIT experiments was the selection of the computational mesh. These mesh elements are used for fast execution of the partial differential equation EIT model. Forward and inverse problems of the image reconstruction were simulated on the novel open domain. The optimized domain reduced error in the reconstructed image.
|
|
|
Solution of inverse problem for a flow around an airfoil
Šimák, Jan ; Feistauer, Miloslav (vedoucí práce) ; Felcman, Jiří (oponent) ; Sváček, Petr (oponent)
Název práce: Řešení inverzní úlohy obtékání leteckého profilu Autor: Mgr. Jan Šimák Katedra: Katedra numerické matematiky Vedoucí disertační práce: prof. RNDr. Miloslav Feistauer, DrSc., dr. h. c., Katedra numerické matematiky MFF UK Abstrakt: Metoda popsaná v této práci se zabývá řešením inverzní úlohy obtékání le- teckého profilu. Slouží k návrhu tvaru profilu na základě zadaného rozložení rychlosti či tlaku po délce tětivy. Metoda je založena na hledání pevného bodu operátoru, který kombinuje přibližný inverzní a přímý operátor. Přibližný inverzní operátor, odvozený na základě teorie tenkých profilů, přiřazuje k zadanému rozložení příslušný tvar. Výsledný tvar je pak konstruován pomocí střední čáry a tloušťkové funkce. Přímý operátor před- stavuje určení rozložení rychlosti či tlaku na povrchu profilu. Lze využít rychlý, zjedno- dušený model potenciálního proudění řešeného pomocí Fredholmovy integrální rovnice, případně pomalejší, ale přesnější model RANS rovnic s k-omega modelem turbulence. Metoda je určena pro subsonické proudění.
|
|
|
Electrical impedance tomography of soft tissue
Pšenka, Marek ; Průša, Vít (vedoucí práce) ; Velímský, Jakub (oponent)
Elektroimpedanční tomografie měkkých tkání Bakalářská práce podává přehled o problematice použití elektroimpedanční tomografie (EIT) jako zobrazovací metody se zvláštním důrazem na aplikace ve zdravotnictví. V rámci těchto aplikací je pozornost věnována hlavně snaze detekovat rakovinu prsu pomocí EIT. Autor popisuje motivaci a opodstatnění použití elektroimpedančních technik pro tento účel a shromáždil informace o dosud zkonstruovaných systémech a řešeních této úlohy. Rekonstrukce rozložení vodivosti uvnitř objektů je komplexní problém, který vyžaduje řešení několika podproblémů - výpočtem rozložení potenciálu uvnitř tělesa počínaje a řešením inverzní úlohy konče. Práce popisuje aspekty těchto dílčích problémů a způsob jakým je uchopit matematicky. V závěru je testován softwarový balíček EIDORS, který představuje referenční imple- mentaci algoritmů pro řešení problematiky EIT 1
|
|
|
Improvement of the Biomedical Image Reconstruction Methodology Based on Impedance Tomography
Kořínková, Ksenia ; Bartušek, Karel (oponent) ; Bachorec, Tibor (oponent) ; Dědková, Jarmila (vedoucí práce)
The present theoretical thesis discusses the improvement and related research of algorithms for the imaging of the internal structure of conductive objects, biological tissues and organs in particular, via electrical impedance tomography (EIT). Within the thesis, the theoretical framework of EIT is formulated, together with a survey of approaches towards implementing the given technique. More concretely, in this context, algorithms for the solution of the inverse problem are proposed and researched; these algorithms ensure effective reconstruction of the spatial distribution of the electrical properties of the examined object and facilitate the imaging of such properties. The main idea of the algorithm improvement based on the deterministic approach lies in introducing additional techniques, namely, the level set or the fuzzy filter methods. Furthermore, a procedure for the 2-D reconstruction of conductivity distribution utilizing one component of the measured magnetic field, or the z-component of magnetic flux density, is presented. Numerical models for imaging the admittivity (or conductivity) distribution of a biological tissue were created to facilitate the implementation and testing of the algorithms. The results obtained via the basic application of the improved image reconstruction algorithms are discussed and compared.
|
|
|
Nové typy a principy optimalizace digitálního zpracování obrazů v EIT
Kříž, Tomáš ; Koňas, Petr (oponent) ; Král, Bohumil (oponent) ; Dědková, Jarmila (vedoucí práce)
Tato dizertační práce se zabývá vytvořením nového algoritmu pro rekonstrukci impedančních obrazů v pozorovaných objektech. Nový algoritmus odstraňuje nedostatky s prostorovým rozlišením u předchozích metod rekonstrukce. Algoritmus využívá částečnou znalost uspořádání v pozorovaných objektech a jejich materiálové složení. Je konstruován pro rozpoznávání určitých důležitých oblastí zájmu, jako jsou defekty v materiálech nebo přítomnost krevních sraženin nebo nádorů v biologických obrazech. Proces rekonstrukce je rozdělen do dvou částí. V první části je zaměřen na průmyslové obrazy, kde jsou detekovány defekty ve vodivých materiálech. Druhá část je zaměřena na využití v biomedicíně. Je zde popsán numerický model, na kterém byl algoritmus testován. Testování bylo zaměřeno na hodnotu výsledné impedivity, vlivu regularizačního parametru, počáteční hodnotě impedivity numerického modelu a vlivu šumu na napěťových elektrodách na výsledky rekonstrukce. Dále je v dizertační práci diskutována možnost rekonstrukce impedančních obrazů z hodnot složek indukce magnetického pole měřené vně zkoumaného objektu. Toto magnetické pole je vytvořeno průchodem proudu pozorovaným objektem. Vytvořený algoritmus rekonstrukce impedančních obrazů vychází z navrženého algoritmu pro rekonstrukci EIT impedančních obrazů z napětí. Byly provedeny testy algoritmu na jeho stabilitu, vliv regularizačního parametru a počáteční konduktivitu. V práci je popsána metodika měření magnetického pole nukleární magnetickou rezonancí a zpracování změřených dat.
|
|
|
Návrh experimentu pro řešení inverzní úlohy vedení tepla
Horák, Aleš ; Pavliska,, Martin (oponent) ; Štětina, Josef (oponent) ; Raudenský, Miroslav (vedoucí práce)
V této práci je komplexně studována inverzní úloha vedení tepla s důrazem na optimální návrh experimentu. V technické praxi se vyskytuje mnoho aplikací, v nichž jsou nebo mohou být inverzní úlohy použity. Jedná se především o metalurgické procesy v průmyslu jako je chlazení při kontinuálním odlévání ocelí, hydraulické odkujování či válcování za tepla. Inverzní úlohy se obecně využívají ke zjišťování okrajových podmínek diferenciálních rovnic a ve výše zmíněné problematice slouží ke stanovování součinitele přestupu tepla (HTC – Heat transfer coefficient). Znalost přibližného numerického řešení přesné hodnoty okrajové podmínky je v dnešní době pro mnoho aplikací klíčové, např. umožňuje navrhnout vhodné chlazení válcovacích stolic s důrazem na požadované vlastnosti a kvalitu finálního produktu. V práci je pro řešení inverzní úlohy použit Beckův sekvenční algoritmus v kombinaci s optimalizačními metodami na vybrané problémy z výše zmíněných oblastí. Vzhledem ke specifickým požadavkům a vysokým nárokům na přesnost měření bylo v rámci této práce navrženo a postaveno speciální experimentální zařízení pro zjišťování intenzity přenosu tepla. Experimentální zařízení bylo vybaveno čtyřmi typy různých teplotních senzorů, jež slouží v Laboratoři přenosu tepla a proudění (LPTaP) na různých již existujících experimentálních zařízeních. První typ senzoru slouží k provádění experimentů simulujících chlazení při kontinuálním lití. Druhý senzor je určen pro experimenty spojené s chlazením válcovací stolice a třetí senzor pak pro chlazení rychle se pohybujícího válcovaného tělesa. Poslední senzor je upravenou verzí prvního typu, ovšem s termočlánkem umístěným rovnoběžně s chlazeným povrchem. V experimentální části byla provedena série měření pro zjištění HTC pro různé typy chladiv, chladících směsí a ostřikových parametrů. Zjištěné výsledky, které byly porovnány s dostupnými publikacemi, výrazně rozšiřují znalosti o účinnosti běžně používaných průmyslových chladiv. V druhé časti této práce byly prováděny numerické simulace chování senzorů. Konkrétně byly připraveny detailní modely uvažující jejich vnitřní geometrickou strukturu a rozdílné materiálové vlastnosti. Simulace byly prováděny s dlouhým a krátkým časovým pulzem HTC, dále pak s vlivem šumu v datech a sníženou přesností měřícího termočlánku. Cílem této práce byl optimální návrh experimentu pro řešení inverzní úlohy vedení tepla, jehož výstupem jsou účinnosti chlazení (tzn. zjistit velikost HTC). Experimenty zahrnovaly širokou škálu chladiv (voda, olej, emulze, atd.) v závislosti na celé řadě parametrů (např. tlak, průtok chladiva). Důležitým parametrem byla též koncentrace rozpuštěných olejů v chladící emulzi. Druhým cílem bylo podrobné vyhodnocení výše popsaných senzorů, jejich přesnosti a použitelnosti při praktických experimentech.
|
|
|
Řešení inverzních úloh v oblasti výměníků hmoty a tepla
Kůdelová, Tereza ; Nechvátal, Luděk (oponent) ; Čermák, Jan (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá dynamickým chováním výměníků tepla, které je popsáno systémem diferenciálních rovnic. V této souvislosti obsahuje obecné informace o přenosu tepla, výměnících tepla a jejich uspořádání. Hlavním cílem této práce je řešení inverzní úlohy protiproudého uspořádání a diskuze otázky řiditelnosti, pozorovatelnosti a identifikovatelnosti jeho parametrů.
|
|
|
Heuristické algoritmy pro optimalizaci
Komínek, Jan ; Šeda, Miloš (oponent) ; Roupec, Jan (vedoucí práce)
Diplomová práce se věnuje genetickým algoritmům a zkoumání jejich vlastností. Zvláštní důraz je kladen na posouzení vlivu mutace a velikosti populace. V druhé části práce jsou genetické algoritmy aplikovány na problematiky inverzních úloh vedení tepla. K jejich řešení bylo vyzkoušeno více různých přístupů a způsobů kódování. Vlastnosti genetických algoritmů pro tyto úlohy byly zlepšeny dvěma zcela novými genetickými operátory – manipulace a seřazení. Zjištěné teoretické poznatky byly odzkoušeny na reálné inverzní úloze vedení tepla. V rámci práce byla vytvořena knihovna pro snadnou implementaci GA pro řešení obecných optimalizačních úloh v jazyce C++.
|
|
|
Robust solver of a system of nonlinear equations
Růžek, Bohuslav ; Kolář, Petr ; Kvasnička, M.
ANNIT (Artificial Neural Network Inversion Tool) is solver of a set of non- linear equations. It is implemented in MATLAB and Scilab. ANNIT is based on numerical approximation of mapping the right hand sides residuals of the original set of equations to searched parameters. A population of individuals is used for building such approximation. The shape, location and size of this population is adaptively changed during the inversion depending on the convergence of the solved problem. ANNIT has been thoroughly tested by using a set of standard problems and also by using selected geophysical problems (localization of the earthquake hypocenter, magnetotelluric inversion, inversion of group velocities of surface waves etc.).
|
host ::
RSS.