| |
|
Modelling, parameter estimation, optimisation and control of transport and reaction processes in bioreactors.
ŠTUMBAUER, Václav
With the significant potential of microalgae as a major biofuel source of the future, a considerable scientific attention is attracted towards the field of biotechnology and bioprocess engineering. Nevertheless the current photobioreactor (PBR) design methods are still too empirical. With this work I would like to promote the idea of designing a production system, such as a PBR, completely \emph{in silico}, thus allowing for the in silico optimization and optimal control determination. The thesis deals with the PBR modeling and simulation. It addresses two crucial issues in the current state-of-the-art PBR modeling. The first issue relevant to the deficiency of the currently available models - the incorrect or insufficient treatment of either the transport process modeling, the reaction modeling or the coupling between these two models. A correct treatment of both the transport and the reaction phenomena is proposed in the thesis - in the form of a unified modeling framework consisting of three interconnected parts - (i) the state system, (ii) the fluid-dynamic model and (iii) optimal control determination. The proposed model structure allows prediction of the PBR performance with respect to the modelled PBR size, geometry, operating conditions or a particular microalgae strain. The proposed unified modeling approach is applied to the case of the Couette-Taylor photobioreactor (CTBR) where it is used for the optimal control solution. The PBR represents a complex multiscale problem and especially in the case of the production scale systems, the associated computational costs are paramount. This is the second crucial issue addressed in the thesis. With respect to the computational complexity, the fluid dynamics simulation is the most costly part of the PBR simulation. To model the fluid flow with the classical CFD (Computational Fluid Dynamics) methods inside a production scale PBR leads to an enormous grid size. This usually requires a parallel implementation of the solver but in the parallelization of the classical methods lies another relevant issue - that of the amount of data the individual nodes must interchange with each other. The thesis addresses the performance relevant issues by proposing and evaluation alternative approaches to the fluid flow simulation. These approaches are more suitable to the parallel implementation than the classical methods because of their rather local character in comparison to the classical methods - namely the Lattice Boltzmann Method (LBM) for fluid flow, which is the primary focus of the thesis in this regard and alternatively also the discrete random walk based method (DRW). As the outcome of the thesis I have developed and validated a new Lagrangian general modeling approach to the transport and reaction processes in PBR - a framework based on the Lattice Boltzmann method (LBM) and the model of the Photosynthetic Factory (PSF) that models correctly the transport and reaction processes and their coupling. Further I have implemented a software prototype based on the proposed modeling approach and validated this prototype on the case of the Coutte-Taylor PBR. I have also demonstrated that the modeling approach has a significant potential from the computational costs point of view by implementing and validating the software prototype on the parallel architecture of CUDA (Compute Unified Device Architecture). The current parallel implementation is approximately 20 times faster than the unparallized one and decreases thus significantly the iteration cycle of the PBR design process.
|
|
Individuální lidský pach jako kriminalistická stopa vytvořená kontaktním nebo bezkontaktním přenosem a jeho odolnost vůči fyzikálním vlivům
Santariová, Milena ; Bartoš, Luděk (vedoucí práce) ; Chmelíková, Eva (oponent)
Disertační práce je tvořena čtyřmi vědeckými publikacemi, které se zabývají tématy týkající se vlastností lidského pachu a schopností speciálně vycvičených psů lidské pachy ztotožňovat. První tři práce se zaměřují na odolnost pachové stopy vůči fyzikálním vlivům, čtvrtá publikace je věnována tématu vzniku pachové stopy bezkontaktním způsobem.
Cílem první studie bylo ověřit perzistenci pachové stopy na předmětu vystaveného vlivu proudící vody. Vzhledem k vlastnostem chemických látek obsažených v lidském pachu byla stanovena hypotéza, že psi budou schopni pachovou stopu, zajištěnou z předmětu vytaženého z vody, ztotožňovat. Tato hypotéza byla potvrzena a pach vystavený účinkům proudící vody po dobu jedné hodiny je stále způsobilý k pachové identifikaci pomocí speciálně cvičených psů.
V druhé studii byla ověřována účinnost procesu parní sterilizace při odstraňování pachové stopy. Tento proces je rutinně používaný v kriminalistické praxi a předpokladem bylo, že psi vzorek ošetřený parní sterilizací ztotožňovat nebudou. Stanovená hypotéza nebyla potvrzena, výsledky potvrdily, že psi jsou schopni ztotožnit pach prošlý procesem parní sterilizace.
Třetí studie se zabývala perzistencí pachů vůči sálavému teplu. Jelikož teplota varu organických látek nepřesahuje 400 °C, nepředpokládalo se, že by psi byli schopni komparace pachu vystaveného vyšší teplotě, než je zmiňovaná teplota varu. Tento předpoklad se překvapivě nepotvrdil a psi byli schopni komparovat vzorky vystavené teplotě až 900 °C.
Čtvrtá studie řešila možnost vytvoření pachové stopy bezkontaktním způsobem. Přestože minulé studie tuto možnost jednoznačně neprokázaly, výsledky našeho experimentu zcela jasně ukazují, že speciálně vycvičení psi na metodu pachové identifikace jsou schopni ztotožňovat pachovou stopu vytvořenou spadem s ruky držené po dobu třech minut ve výšce 5 cm nad pachovým nosičem.
|
|
DCTOOL-A3
Bakule, Lubomír ; Papík, Martin ; Rehák, Branislav
DCTOOL-A3 is a documentation of Matlab routines developed for the design of decentralized control of large scale complex systems. The current beta version covers three areas as follows:\nReport 4.1 deals with the event-triggered control design for unstructured uncertain systems. Both non-quantized and quantized feedback is analyzed. The results are given in terms of linear matrix inequalities (LMIs). Logarithmic quantizer is used. Numerical example illustrates the effectiveness of the presented results.\nReport 4.2 presents a new decentralized overlapping wireless control design with a switched communication protocol. The method is applied by simulations on the 20-story building structure including the test of robustness of the methods against sensor failures and network node dropouts of a digital network.\nReport 4.3 presents the construction of a new decentralized wireless controller and a set of heuristic algorithms for evaluation of packet dropouts, sensor faults and actuator faults. The digital network operates at the standard frequency used in well-known widely-used industrial protocols. The results are tested at the Benchmark model decomposed into two disjoint substructures. The results are published. Thus, the details are omitted here.
|
|
Inteligence skupiny
Winklerová, Zdenka ; Šaloun, Petr (oponent) ; Škrinárová,, Jarmila (oponent) ; Zbořil, František (vedoucí práce)
Záměrem disertační práce je aplikovaný výzkum skupinové ( kolektivní ) inteligence . K prokázání použitelnosti inteligence skupiny je zkoumán algoritmus na bázi roje částic ( Particle Swarm Optimization PSO ), v němž je problém inteligence skupiny převeden na matematickou optimalizaci, kdy roj částic ( particle swarm ) hledá globální optimum ve vymezeném prostoru problému a prohledávání je řízeno podle předem nadefinované účelové funkce ( objective function ), která zastupuje řešený problém. Byla navržena a experimentálně ověřena strategie prohledávání, v níž částice průběžně přizpůsobují své chování charakteristikám prostoru řešeného problému, a bylo experimentálně zjištěno, jak se vliv řídící účelové funkce zastupující řešený problém projevuje v chování částic. Výsledky experimentování s navrženou strategií prohledávání byly porovnány s výsledky experimentů s referenční verzí algoritmu PSO . Experimenty ukázaly, že klasické prohledávání, kde jedinou podmínkou je stabilní trajektorie, po níž se částice pohybuje v prostoru řešeného problému, a kde je ve výsledku eliminován vliv řídící účelové funkce, může selhat a že dynamická stabilita trajektorií částic sama o sobě není ukazatelem prohledávacích schopností algoritmu ani konvergence algoritmu ke správnému, globálnímu řešení. Byl navržen způsob prohledávání prostoru řešeného problému, v němž algoritmus PSO reguluje stabilitu algoritmu průběžným přizpůsobováním chování částic charakteristikám prostoru problému. Navržený algoritmus usměrňoval vývoj prohledávání prostoru problému tak, že vzrostla pravděpodobnost úspěšnosti řešení.
|
|
Formal Systems Based on Automata and Grammars
Čermák, Martin ; Rybička, Jiří (oponent) ; Šaloun, Petr (oponent) ; Meduna, Alexandr (vedoucí práce)
The present thesis continues with study of grammar and automata systems. First of all, it deals with regularly controlled CD grammar systems with phrase-structure grammars as components. Into these systems, three new derivation restrictions are placed and their effect on the generative power of these systems are investigated. Thereafter, this thesis defines two automata counterparts of canonical multi-generative nonterminal and rule synchronized grammar systems, generating vectors of strings, and it shows that these investigated systems are equivalent. Furthermore, this thesis generalizes definitions of these systems and establishes fundamental hierarchy of n-languages (sets of n-tuples of strings). In relation with these mentioned systems, automaton-grammar translating systems based upon finite automaton and context-free grammar are introduced and investigated as a mechanism for direct translating. At the end, in this thesis introduced automata systems are used as the core of parse-method based upon n-path-restricted tree-controlled grammars.
|
|
Povrchové úpravy skleněných vláken pro polymerní kompozity
Knob, Antonín ; Marek,, Aleš (oponent) ; Burša, Jiří (oponent) ; Čech, Vladimír (vedoucí práce)
Dizertační práce je zaměřena na přípravu polymerních kompozitů vyztužených skleněnými vlákny s řízenou mezifází tvořenou plazmově polymerovanými mezivrstvami na bázi tetravinylsilanu a směsí tetravinylsilanu s kyslíkem. Tenké polymerní vrstvy se specifickými fyzikálně-chemickými vlastnostmi a tloušťkou byly deponovány se záměrem zlepšení adheze na kompozitním rozhraní skleněné vlákno/polyesterová matrice. Povrchová modifikace skleněných vláken byla provedena s využitím plazmochemické depozice z plynné fáze (PECVD) využívající nízkoteplotního RF plazmatu. Proces byl kontrolován pomocí efektivního výkonu a depozičního času a výsledky vyhodnoceny ve vztahu k tloušťce mezivrstvy a různým depozičním podmínkám. Připravené mezivrstvy byly analyzovány z hlediska chemického složení fyzikálně-chemických vlastností za použití metod XPS, RBS, ERDA, FTIR a spektroskopické elipsometrie. Vybrané mechanické vlastnosti byly charakterizovány pomocí AFM. Mechanická odezva plazmových mezivrstev byla vyhodnocena pomocí testu krátkých trámečků a přímé metody testování smykové pevnosti na rozhraní využívající mikroindentaci. Smykové selhání mezifáze bylo kontrolováno dle experimentálních a modelových dat pomocí smykové pevnosti na rozhraní mezivrstva/vlákno.
|
|
Řízení projektů ve vybraném podniku
POKORNÝ, Radek
Tato práce se zabývá projektovým řízením ve vybrané společnosti. Má dvě části. První část je teoretická, která je zaměřena na teoretické zpracování tématu. To vysvětluje, co je projekt, řízení projektů, organizace projektů, procesů projektového managementu, jaký je cíl projektu, komunikace, řízení, změny a rizika a další. V praktické části jsem se zaměřil na konkrétní společnost a jejich projektový management a následně jsem analyzoval konkrétní projekt. Název zmíněné společnosti je OHL ŽS, a.s. Je to Španělská, která působí po celém světě. V České republice má ředitelsví v Brně. Tato společnost má několik divizí a každý z nich je zaměřen na jiný typ stavebnictví. Vybral jsem si divizi pozemního stavitelství. Tato divize se zaměřuje na všechny druhy staveb. Mohla by to být výstavba nových budov nebo rekonstrukce. Při analýze vybraného projektu jsem použil různé obchodní dokumenty, smlouvy s investorem, nebo dodavateli, náklady na projekt, časový harmonogram. Také jsem využil své zkušenosti s tímto projektem, protože jsem se podílel na realizaci tohoto projektu po větší části jeho provádění. Název tohoto projektu je rekonstrukce obvodového pláště včetně výměny oken a zateplení. Při analýze projektu jsem našel pár zásadních nedostatků. Pokud by se nám podařilo vyhnout se těmto nedostatkům, mohli bychom zvýšit zisk. Tyto nedostatky jsou zejména chyby při řízení. Na začátku byli jmenováni dva dočasní stavbyvedoucí. Pracovníci na této pozici v podstatě nemají zájem na výsledku projektu, protože jejich vedoucí nemá žádné prostředky na ovlivnění výkonosti tohoto pracovníka. Chybí zde motivační systém. Nezáleží na výkonu, ale pracovník dostane vždy stejnou mzdu. Pro odstranění těchto nedostatků jsem navrhl několik návrhů na zlepšení. První návrh je modifikace a rozšíření motivačního systému. Nový motivační systém obsahuje osobní ohodnocení. Toto hodnocení je závislá na výkonu zaměstnance. Druhá část je odměna z nadzisku. Dalším návrhem je vytvoření nové pracovní pozice. Tato pozice se bude starat o kontrolu a projektové dokumentace. V průběhu stavebního projektu, a to zejména na konci je stavbyvedoucí velmi zaneprázdněn. To záleží na rozhodnutí stavbyvedoucího, jakým činnostem dá přednost. Zda se bude věnovat dokumentaci, nebo prováděným pracím a technologii. Navrhovaná pozice by se starala o faktury, skutečně provedené práce, projektovou dokumentaci a předávání skutečně odvedené práce. Třetím návrhem je nákup malého strojního zařízení, jako jsou bourací kladiva a vrtačky. V této době se pronajímají všechna zařízení. Nájemné je vyšší než kupní cena. Poslední návrh je použít leasing na obnovu vozového parku. V této době mají zastaralý vozový park, protože současný vozový park byl pořízen za hotovost. To není výhodné.
|
|
Vliv pyrethroidových pesticidů na ryby
RICHTEROVÁ, Zuzana
Pyrethroidy patří mezi celosvětově nejčastěji používané pesticidy. Jejich široké použití a poměrně vysoká stabilita dávají předpoklad pro jejich výskyt v životním prostředí. Jako polutanty se následně mohou dostat až do vodního ekosystému. Vyskytují se nejen ve vodách a sedimentech, ale i v tkáních ryb. V prvním testu jsme sledovali vliv přípravku Nexide s účinnou látkou gamma-cyhalothrin v koncentraci 60 g.l-1. Testovaným koncentracím Nexide 5, 25, 50, 100 a 250 µg.l-1 byly vystaveny oplozené jikry a raná vývojová stadia kapra obecného (Cyprinus carpio) po dobu 35 dní. V průběhu testu došlo ve všech koncentracích s výjimkou nejnižší k výraznému úhynu pokusných organismů. Mortalita embryí a larev v nejnižší testované koncentraci byla zvýšená minimálně. Nejnižší testovaná koncentrace 5 µg.l-1 výrazně negativně ovlivnila délkový i hmotnostní růst a vyvolala zpomalení ontogenetického vývoje a ztmavnutí povrchu těla. U přeživších jedinců bylo provedeno histologické vyšetření, při kterém byly v játrech zaznamenány změny dystrofického charakteru. Histologické vyšetření vzorků ledvin, střev a žaber neprokázalo patologické změny. Vyšetřením vybraných parametrů oxidativního stresu byla prokázána statisticky významně vyšší aktivita detoxifikačního enzymu glutathion-S-transferásy (GST) a nižší aktivita obranného enzymu glutathionperoxidásy (GPx) ve srovnání s kontrolní skupinou. Další sledované parametry oxidativního stresu, katalása (CAT), glutathionreduktása (GR) a oxidace lipidů vyjádřená thiobarbiturovým číslem (TBARS), byly beze změn. Změny parametrů oxidativního stresu naznačují, že expozice organismu přípravku Nexide může v dané koncentraci vést k dysbalanci obranných enzymů. V testu s přípravkem Cyperkill 25 EC s účinnou látkou alpha-cypermethrin v koncentraci 250 g.l-1 bylo postupováno stejným způsobem jako v předešlém testu. Testované koncentrace byly 7,2; 36; 72; 144 a 360 µg.l-1. S výjimkou nejnižší testované koncentrace došlo ke 100 % úhynu embryí a larev ve všech ostatních koncentracích. V nejnižší testované koncentraci 7,2 µg.l-1 dosáhlo přežití v závěru testu 90 %. Nejnižší testovaná koncentrace však výrazně negativně ovlivnila délkový i hmotnostní růst jedinců ve srovnání s kontrolou a vedla ke zpomalení ontogenetického vývoje. Žádný jedinec z této koncentrace nedosáhl v den ukončení studie juvenilního stadia. U 68 % embryí z této koncentrace byla patrná výraznější pigmentace, která byla pozorována i u jedinců z vyšších koncentrací krátce před jejich úhynem. Výsledky histologického vyšetření jater, střeva, ledvin a žaber neprokázalo žádné výrazné změny oproti kontrolním jedincům. Při vyšetření vybraných parametrů oxidativního stresu bylo prokázáno statisticky významné snížení katalytických koncentrací GST, GR a GPx ve srovnání s kontrolou. Aktivita CAT a TBARS byly srovnatelné s kontrolou. Změny parametrů oxidativního stresu naznačují, že expozice organismu přípravku Cyperkill 250 EC může v dané koncentraci indukovat oxidativní stres a zasahovat do aktivit antioxidačních enzymů. Předložená disertační práce shrnuje aktuální údaje o vlivu pyrethroidů na ryby. Zjištěné účinky potvrzují vysokou vnímavost ryb v období raného vývoje k testovaným pesticidům. Při interpretaci výsledků je nutné vzít v úvahu, že pro testování byly použity jednosložkové přípravky, které již samy toto riziko představují. V reálném prostředí jsou však vodní organismy vystaveny celé škále látek a přípravků v potenciálně toxických koncentracích. Tyto spolu mohou reagovat a jejich kombinací se mohou škodlivé účinky ještě zesilovat. Provedené testy také jednoznačně ukazují významné rozdíly v citlivosti embryonálních a embryolarválních testů.
|
|
Vztah mezi zbarvením u koní a výskytem melanomu
Hovorková, Kristýna ; Hofmanová, Barbora (vedoucí práce) ; Majzlík, Ivan (oponent)
Literární přehled je rozdělen na dvě hlavní části, kdy první se zabývá zbarvením koní a jeho genetickou podstatou a druhá část se zábývá melanomárními útvary u koní a jejich rozdělením. V podkapitole o zbarvení koní je uveden vznik základních zbarvení, o kterém rozhodují tři lokusy COLOR, EXTENSION a AGOUTI. Lokus COLOR (CREAM) rozhoduje o tom, zda se vytvoří pigment či nikoliv. O typu vytvořeného pigmentu rozhoduje lokus EXTENSION, na jeho distribuci má vliv AGOUTI.
V další podkapitole je uvedeno rozdělení bílých zbarvení u koní. S lokusem GREY souvisí proces vybělování, kdy dochází ke ztrátě pigmentu a barvy srsti.Tento proces a mutace, která ho způsobuje, bývá dáván do spojitosti s výskytem dermálního melanomu u stárnoucích vybělujících koní.
S procesem vybělování, které je intenzivnější s narůstajícím věkem, také souvisí výskyt nepigmentovaných skvrn, které se nazývají vtiligo. Ty se opět vyskytují u vybělujících koní, na shodných místech jako dermální melanom, tedy v perianální oblasti, pod ocasem, kolem vulvy, na pyscích, kolem očí a penisu.
Jednotlivé melanomární útvary se rozdělují podle toho zda se vyskytují u vybělujících koní nebo jakkoliv jinak zbarvených koní, dále podle toho zda-li mají maligní nebo benigní potenciál. Dalším členěním melanomů u vybělujících koní je to, zda se jedná o samostatné, menší útvary nebo rozsáhlé, spojené léze, kdy se tento stav nazývá dermální melanomatóza.
Závěrem jsou uvedeny možnosti léčby melanomů, kdy se jako nejúčinnější jeví chirurgické odstranění měnších útvarů. Proběhly studie kdy byly zkoumány protirakovinové účinku léku Cimetidine, výsledky však zatím nejsou dostatečně průkazné. Jako prevence výskytu kožních melanomů u vybělujících koní, je vhodné zavést potřebná opatření a jedince, kteří jsou postiženi, nezařazovat do dalšího chovu.
|
host ::
