No (4443)
Used filters
(2)
Number of found documents:
4443
Published from
to
Efektivni opticke funkce ve vlaknovych fotonickych sitich
Havliš, Ondřej; Vlček, Čestmír; Dostál, Otto; Slavíček, Karel
2024 - Czech
Dizertační práce se zaměřuje na efektivní optické funkce ve vláknových fotonických sítích, testbedech a multiband polygonu. Mezi tyto funkce lze zařadit optické zesilování, přepínání, směrování a filtraci optického spektra. Teoretická část práce se zabývá optickým zesilováním, kde jsou popsány jednotlivé druhy optických zesilovačů. Ty pro svoji funkci využívají různých principů, jako například využití jevu Ramanovského rozptylu, vláken dopovaných vzácnými zeminami – především Erbiem, a v poslední řadě polovodičových struktur. Praktická část práce je zaměřena na využití a ověření efektivních optických funkcí a jejich služeb tedy klasického přenosu telekomunikačních dat a přenosu ultra-stabilních veličin (přenos přesného času a ultra-stabilní frekvence) ve vláknové fotonické síti, testbedu a multiband polygonu. This dissertation focuses on efficient optical functions in fiber photonic networks, testbeds and multiband polygon. These functions include optical amplification, switching, routing and filtering of the optical spectrum. The theoretical part of the thesis deals with optical amplification, where different types of optical amplifiers are described. These employ various principles for their function, such as the use of Raman scattering, rare earth doped fibers – primarily Erbium, and lastly semiconductor structures. The practical part of the work is focused on the use and verification of efficient optical functions and their services, i.e. transmission of classical telecommunication data and transmission of ultra-stable quantities (transmission of accurate time and ultra-stable frequency) in fiber photonic network, testbeds and multiband polygon.
Keywords:
Obousměrný zesilovaný přenos; Filtrace optického spektra; Erbiem dopovaný vláknový zesilovač EDFA; Ramanův zesilovač RA; Polovodičový zesilovač SOA; DWDM; CESNET; Univerzální prostředí Testbed; Přenos ultra-stabilních veličin; Přesný čas; Ultra-stabilní frekvence; Multiband polygon.; Bidirectional amplified transmission; Filtration of optical spectrum; Erbium Doped Fibre Amplifier EDFA; Raman Amplifier RA; Semiconductor Optical Amplifier SOA; DWDM; CESNET; Testbed; Transmission of ultra-stable quantities; Accurate time; Ultra-stable frequency; Multiband polygon.
Available in a digital repository NRGL
Efektivni opticke funkce ve vlaknovych fotonickych sitich
Dizertační práce se zaměřuje na efektivní optické funkce ve vláknových fotonických sítích, testbedech a multiband polygonu. Mezi tyto funkce lze zařadit optické zesilování, přepínání, směrování a ...
Rentgenová počítačová tomografie měkkých tkání
Kavková, Michaela; Tromba, Giuliana; Szabo-Rogers, Heather; Zikmund, Tomáš
2024 - English
Abstrakt Průmyslová rentgenová počítačová mikro tomografie (mikro CT) je nedestruktivní zobrazovací technika používaná pro vizualizaci vnitřních struktur vzorků a tvorbu přesných 3D modelů. Jádro této práce se zaměřuje na praktickou implementaci průmyslového mikro CT v oblasti biologického výzkumu se zaměřením na zobrazování měkkých tkání. Cílem této práce bylo prozkoumat potenciál mikro CT zobrazování jako nedestruktivní metody pro vizualizaci měkkých tkání a navrhnout komplexní metodiku pro přípravu vzorků a analýzu získaných dat ve specializovaných programech. Na příkladu případových studií jsou prezentovány aplikace mikro CT zobrazování v různorodých oblastech výzkumu vývojové biologie, poskytující metodologii pro přesnou 3D analýzu vybraných struktur. V závěru práce je diskutován potenciál zobrazování průmyslovým mikro CT v biologickém výzkumu, zaměřeným na schopnosti identifikovat anatomické struktury, sledovat vývojové procesy a zlepšit naše chápání komplexních biologických systémů. Abstract Industrial X-ray micro computed tomography (micro CT) is a non-destructive imaging technique used for visualization of internal structures of samples and creation of precise 3D models. The core of this thesis revolves around the practical implementation of industrial micro CT in biological research with focus on the imaging of soft tissues. The aim of this study was to explore the potential of industrial micro CT as a non-destructive imaging tool for soft tissue visualization and to propose complex methodology for preparation of the sample and the analysis of obtained data in the specialized software. In the thesis the case studies showcasing the diverse applications of micro CT in various developmental biology research domains are presented, providing the methodology for precise 3D analysis of the selected structures. The thesis concludes by summarizing the transformative potential of industrial micro CT in biological research, highlighting its ability to unveil intricate anatomical structures, track developmental processes, and enhance our understanding of complex biological systems.
Keywords:
X-ray micro computed tomography; soft tissues; advanced 3D imaging; micro CT contrasting protocols; Rentgenová počítačová tomografie; měkké tkáně; pokročilé 3D zobrazování; kontrastovací protokoly pro mikro CT
Available in a digital repository NRGL
Rentgenová počítačová tomografie měkkých tkání
Abstrakt Průmyslová rentgenová počítačová mikro tomografie (mikro CT) je nedestruktivní zobrazovací technika používaná pro vizualizaci vnitřních struktur vzorků a tvorbu přesných 3D modelů. Jádro této ...
Pokročilé metody genomové anotace a funkčního popisu nemodelových organismů v biotechnologickém výzkumu
Musilová, Jana; Friedel, Caroline; Šafránek,, David; Sedlář, Karel
2024 - English
Komplexní znalost genomu a fenotypu biotechnologicky využitelných bakterií je pro jejich uplatněnění klíčová, přesto přístupy k zevrubnému poznání těchto organismů převážně chybí. Cílem disertační práce je proto navržení nových výpočetních metod pro popis genomových a funkčních vlastností zaměřených na nemodelové bakterie. Úvodní část práce se věnuje metodám anotace genomu. Zahrnuje vývoj nové pipeline pro hybridní sestavování celého genomu, její aplikaci na různé bakterie a následnou identifikaci zájmových oblastí genomu těchto bakterií. Následující část rozebírá metody funkčního popisu se zaměřením na přístupy ke studiu genové regulace. Podrobně jsou shrnuty aktuální přístupy a je představen nový balíček pro odvozování genových regulačních sítí a Booleovských sítí včetně jeho testování. Comprehensive knowledge of the genome and phenotype of biotechnologically usable bacteria is crucial for their exploitation. However, approaches to a complex understanding of these organisms are widely lacking. The dissertation, therefore, aims to propose novel computational methods for describing the genomic and functional characteristics targeted at non-model bacteria. The initial part of the thesis is focused on the genome annotation methods. Developing a novel pipeline for whole-genome hybrid assembly is included, as well as its application to various bacteria and consequent identification of their genomic regions of interest. Subsequently, functional description methods focused on approaches for studying gene regulation are covered. In detail, the state-of-the-art approaches are reviewed, and the development and testing of a package for gene regulatory network and Boolean network inference are presented.
Keywords:
sequencing; genome assembly; genome annotation; RNA-Seq analysis; biological modeling; gene regulatory network inference; Boolean network inference; sekvenace; skládání genomu; anotace genomu; analýza RNA-Seq; biologické modelování; odvození genové regulační sítě; odvození Booleovské sítě
Available in a digital repository NRGL
Pokročilé metody genomové anotace a funkčního popisu nemodelových organismů v biotechnologickém výzkumu
Komplexní znalost genomu a fenotypu biotechnologicky využitelných bakterií je pro jejich uplatněnění klíčová, přesto přístupy k zevrubnému poznání těchto organismů převážně chybí. Cílem disertační ...
Moderní optimalizační metody pro interpolaci chybějících úseků v audio signálech
Mokrý, Ondřej; Kowalski, Matthieu; Koldovský, Zbyněk; Rajmic, Pavel
2024 - English
Poškození audio signálů je v praxi běžným, avšak nežádoucím faktem. Ke ztrátě informace může dojít nevhodným záznamem (nízký vzorkovací kmitočet či dynamický rozsah), chybou přenosu (výpadek vzorků), poškozením média či z důvodu rušení. Odstraňování takových poruch je možné pomocí inverzních úloh. Tato práce se konkrétně zaměřuje na situaci, kdy jsou úseky audio signálu o délce v řádu desítek milisekund zcela ztraceny a cílem je chybějící vzorky interpolovat na základě kontextu a vhodného modelu signálu. První část dizertační práce se věnuje metodám konvexní i nekonvexní optimalizace, které hledají řešení interpolační úlohy na základě předpokladu řídkosti časově-kmitočtového spektra. Obecný základ i některé algoritmy jsou převzaté z literatury a přizpůsobené interpolační úloze, řada modifikací a experimentálních přístupů je originální. Druhá část práce je zaměřena na využití nezáporné faktorizace matic, s níž lze sestavit pravděpodobnostní model spektrogramu signálu a tento využít pro jeho interpolaci. Z tohoto modelu pak vychází úspěšný rekonstrukční algoritmus, k němuž jsou v této práci odvozeny dvě alternativní metody. Závěr práce se věnuje rozsáhlému experimentálnímu ověření funkčnosti metod na skupině hudebních signálů. S využitím objektivních ukazatelů kvality interpolovaného signálu je ukázáno, že v jednotlivých třídách metod vedou navržené modifikace ke znatelnému zlepšení kvality či zlepšení konvergence oproti metodám základním. V rámci studovaného rozsahu poškození pak zejména algoritmy využívající faktorizace konkurují současným nejlepším metodám pro interpolaci chybějících úseků audio signálu. Damage to audio signals is in practice common, yet undesirable. Information loss can occur due to improper recording (low sample rate or dynamic range), transmission error (sample dropout), media damage, or because of noise. The removal of such disturbances is possible using inverse problems. Specifically, this work focuses on the situation where sections of an audio signal of length in the order of tens of milliseconds are completely lost, and the goal is to interpolate the missing samples based on the unimpaired context and a suitable signal model. The first part of the dissertation is devoted to convex and non-convex optimization methods, which are designed to find a solution to the interpolation problem based on the assumption of sparsity of the time-frequency spectrum. The general background and some algorithms are taken from the literature and adapted to the interpolation problem, many modifications and experimental approaches are original. The second part of the thesis focuses on the use of non-negative matrix factorization, with which a probabilistic model of the signal spectrogram can be constructed and used for the interpolation of the signal. This model is then used as the basis for a successful reconstruction algorithm, to which two alternative methods are derived in the present thesis. Finally, an extensive experimental validation of the methods on a group of musical signals is conducted. Using objective indicators of the quality of the interpolated signal, it is shown, that in each class of methods, the proposed modifications lead to a noticeable improvement in quality or convergence over the baseline methods. In particular, within the studied range of impairments, algorithms using factorization compete with the current best methods for interpolating missing sections of the audio signal.
Keywords:
audio inpainting; audio interpolation; inverse problems; non-negative matrix factorization; optimization; proximal algorithms; restoration; sparsity; audio inpainting; interpolace audio signálů; inverzní úlohy; nezáporná faktorizace matic; optimalizace; proximální algoritmy; restaurace; řídkost
Available in a digital repository NRGL
Moderní optimalizační metody pro interpolaci chybějících úseků v audio signálech
Poškození audio signálů je v praxi běžným, avšak nežádoucím faktem. Ke ztrátě informace může dojít nevhodným záznamem (nízký vzorkovací kmitočet či dynamický rozsah), chybou přenosu (výpadek vzorků), ...
Poetika digitálního sochařství
Pangrácová, Lucie; Horáček, Radek; Sobotka, Jiří; Medek, Tomáš
2024 - Czech
Práce sleduje digitální sochařství jako oblast umělecké tvorby stojící na průsečíku mezi sochou v tradičním slova smyslu a digitálním uměním. Věnuje se tomuto tématu z teoretického hlediska, stanovuje definici, zkoumá jeho hybridní mediální povahu. Sleduje, jakým způsobem ovlivnily digitální nástroje kreativní pole sochařství, tvůrčí strategii autora, proměnu výrazových prostředků, hledá převažující tendence v oblasti námětu a obsahu. Popisuje dopad dematerializace, tedy významného osvobození se tvaru od závislosti na hmotě a jejích limitech. Tyto nově nabyté vlastnosti a možnosti prověřuje také v praktické části, která zkoumá oblast prezentace sochařství, jehož vznik determinovaly technologie. This thesis observes digital sculpture as an area of artworks at the intersection of sculpture in the traditional sense of the word and digital art. It is dedicated to this topic from the theoretical point of view, setting its definition and exploring its hybrid media nature. It observes the way digital tools have influenced the creative frield of sculpture, the authors’ creative strategies, and the transformation of means of expression; it searches the prevailing tendencies in the area of topics and contents. It describes the impact of dematerialization, i. e. a significant liberation from matter and its limit. These newly acquired qualities are being verified in the practical part of the thesis that explores the area of presentation of sculpture, the inception of which was determined by technology.
Keywords:
Digitální sochařství – definice digitální sochy –fáze vzniku digitální sochy – dematerializace – socha v tradičním slova smyslu –demokratizace sochařství – výrazové prostředky digitálního sochařství; digital sculpture – definition of digital sculpture – phases of inception of digital sculpture – dematerialization – sculpture in the traditional sense of the word – democratization of sculpture – means of expression in digital sculpture
Available in a digital repository NRGL
Poetika digitálního sochařství
Práce sleduje digitální sochařství jako oblast umělecké tvorby stojící na průsečíku mezi sochou v tradičním slova smyslu a digitálním uměním. Věnuje se tomuto tématu z teoretického hlediska, stanovuje ...
Využití metod SPE pro stanovení ultrastopových koncentrací platinových kovů v environmentálních matricích
Ježek, Stanislav; Zlámalová Gargošová, Helena; Gregor, Tomáš; Komendová, Renata
2024 - Czech
Tato disertační práce je zaměřena na studium sorpčních technik pro stanovení platiny a palladia na modifikovaných pevných sorbentech a iontoměničích. Finální stanovení proběhlo na atomové absorpční spektrometrii s elektrotermickou atomizací (ET-AAS). Pro studium sorpce bylo vybráno šest modifikovaných sorbentů. Byly studovány čtyři modifikované nepolární silikagely a dva sorbenty byly na bázi kopolymeru styren divinylbenzen. Dále byly studovány tři kationtoměničové pryskyřice a tři aniontoměničové. U modifikovaných sorbentů a aniontoměničových pryskyřic byla studována účinnost sorpce platiny a palladia. Dále pak vliv interferujících prvků (Fe, Cu, Zn, Pb, K, Na, Ca a Mg). Další parametr pro hodnocení účinnosti sorbentů je objem eluční směsi potřebné pro účinnou eluci platiny a palladia ze sorbentů. Na základě výsledků byl vybrán sorbent pro prekoncentraci platiny a palladia z reálných environmentálních vzorků z životního prostředí. Studium koncentrace platiny a palladia ve složkách životního prostředí je rozdělena na dvě části. První část porovnává dvě města s odlišnou velikostí a koncentrací vozidel. Jedná se o krajské město v České republice – Jihlava a o hlavní město Rakouska – Vídeň. Pro vzorkování půdních matric byly vytipovány místa v blízkosti frekventovaných dopravních uzlů. V Jihlavě se koncentrace platiny pohybovala od 16,93 do 38,72 ng.g-1 a u palladia od 2,705 do 8,452 ng.g-1. Ve Vídni byly zjištěné koncentrace vyšší. Koncentrace platiny se pohybovaly od 39,22 ng.g-1 do 159,2 ng.g-1 a u palladia od 18,45 ng.g-1 do 98,21 ng.g-1. Druhá část byla zaměřena na nejfrekventovanější dopravní uzel v České republice – dálnici D1 se zaměřením na úsek v blízkosti vodní nádrže Švihov, která slouží jako jeden z hlavních zdrojů pitné vody pro hlavní město ČR – Prahu. V tomto úseku jsou instalovány dešťové retenční nádrže – „lapoly“. V blízkosti těchto lapolů byl vždy odebrán půdní vzorek a z lapolů pak sediment v nádrži a odsazená voda na odtoku z nádrže. Tyto dešťové retenční nádrže se ukázaly jako vhodná místa pro monitoring polutantů z automobilové dopravy. This dissertation is focused on the study of sorption techniques for the determination of platinum and palladium on modified solid sorbents and ion exchangers. The final determination was made using atomic absorption spectrometry with electrothermal atomization (ET-AAS). Six modified sorbents were selected for the sorption study. Four modified non-polar silica gels were studied and two sorbents were based on styrene divinylbenzene copolymer. Furthermore, three cation exchange resins and three anion exchange resins were studied. The sorption efficiency of platinum and palladium was studied with modified sorbents and anion exchange resins. Furthermore, the influence of interfering elements (Fe, Cu, Zn, Pb, K, Na, Ca and Mg). Another parameter for evaluating the effectiveness of sorbents is the volume of the elution mixture required for effective elution of platinum and palladium from the sorbents. Based on the results, a sorbent was selected for the preconcentration of platinum and palladium from real environmental samples from the environment. The study of the concentration of platinum and palladium in environmental components is divided into two parts. The first part compares two cities with different sizes and vehicle concentrations. It is a regional capital in the Czech Republic – Jihlava and the capital of Austria – Vienna. For soil matrix sampling, locations near frequent traffic junctions were selected. In Jihlava, the concentration of platinum ranged from 16.93 to 38.72 ng.g-1 and for palladium from 2.705 to 8.452 ng.g-1. In Vienna, the detected concentrations were higher. Platinum concentrations ranged from 39.22 ng.g-1 to 159.2 ng.g-1 and for palladium from 18.45 ng.g-1 to 98.21 ng.g-1. The second part was focused on the busiest traffic junction in the Czech Republic - the D1 highway, focusing on the section near the Švihov water reservoir, which serves as one of the main sources of drinking water for the capital of the Czech Republic - Prague. Rain retention tanks - "lapolas" - are installed in this section. A soil sample was always taken in the vicinity of these lapolas, and from the lapolas the sediment in the reservoir and settled water at the outlet from the reservoir. These rain retention tanks proved to be suitable places for monitoring pollutants from automobile traffic.
Keywords:
platina; palladium; SPE; prekoncentrace; HR-CS-ET-AAS; autokatalyzátory; platinum; palladium; SPE; preconcentration; HR-CS-ET-AAS; autocatalysts
Available in a digital repository NRGL
Využití metod SPE pro stanovení ultrastopových koncentrací platinových kovů v environmentálních matricích
Tato disertační práce je zaměřena na studium sorpčních technik pro stanovení platiny a palladia na modifikovaných pevných sorbentech a iontoměničích. Finální stanovení proběhlo na atomové absorpční ...
Automatická kalibrace dohledové kamery pozorováním rigidních objektů
Bartl, Vojtěch; Buchholz, Michael; Hurtík, Petr; Herout, Adam
2024 - English
Tato práce je zaměřena na automatickou kalibraci kamery na základě vícečetných pozorování libovolných rigidních předmětů. Na základě pozorování rigidních objektů pohybujících se ve společné rovině jsme schopni kalibrovat kameru vzhledem ke společné rovině, a tak jsme schopni provádět měření ve scéně. Objekty v rovině obrazu jsou detekovány a klasifikovány a význačné body na těchto objektech jsou lokalizovány. Motivací bylo použití těchto metod v dopravním prostředí, proto naše "objekty" jsou nejčastěji vozidla. Navrhujeme tři různé metody, které jsou schopny vypočítat kalibraci kamery na základě těchto lokalizovaných význačných bodů v rovině obrazu s jediným omezením - musí být známy 3D modely, ale ty mohou být známy kalibračnímu systému ještě před samotnou kalibrací. Proces kalibrace kamery je pak plně automatický a žádné další informace nejsou již potřeba. Na rozdíl od předchozích aktuálních metod pro automatickou kalibraci kamery, navržené metody jsou schopny odhadnout všechny parametry kamery (včetně ohniskové vzdálenosti). Vytvořili jsme rovněž nový dataset BrnoCarPark , který obsahuje záznamy různých scén a detekovaná vozidla spolu s lokalizovanými význačnými body. K dispozici jsou měření vzdáleností ve scénách, která mohou být přepočítány pomocí vypočtených parametrů kalibrace kamery. Všechny navrhované metody překonávají současné aktuální metody. Vyhodnotili jsme naše metody na zkonstruovaném datasetu a také dalším datasetu BrnoCompSpeed . Také jsme provedli experimenty na syntetických datech, které prokazují stabilitu a použitelnost navrhovaných metod. This work is focused on automatic camera calibration based on multiple observations of arbitrary rigid objects. Based on observations of rigid objects moving in a common plane, we are able to calibrate camera w.r.t. the plane, and thus we are able to do measurements in a scene. Objects in the image plane are detected, and classified, and landmarks on these objects are localized. Our motivation was the usage of these methods in traffic scenarios, and thus as our ''objects'' we consider vehicles. We propose three different methods that are able to compute camera calibration based on these localized landmarks in an image plane with the only limitation - 3D models must be provided, but these can be known to the calibration system as a background. The camera calibration process is then fully automatic, and no more information is needed. Contrary to previous state-of-the-art methods for automatic camera calibration, the proposed methods are able to estimate all camera parameters (including focal length). We also collected a new dataset BrnoCarPark , which contains records of different scenes with detected vehicles and localized landmarks. Ground-truth measurements in scenes are available, and these can be re-computed by computed camera calibration parameters. All the proposed methods outperform the recent state-of-the-art method in an accurate manner. We evaluated our methods on the constructed dataset and also another dataset BrnoCompSpeed . We also made experiments on synthetic datasets, which prove the stability and usability of the proposed methods.
Keywords:
Automatic Camera Calibration; Rigid Objects; Calibration Dataset; Vehicle Detection; Vehicle Classification; Landmarks Localization; Vehicle Re-Identification; Horizon Estimation; AI City Challenge; Automatická Kalibrace Kamery; Rigidní Objekty; Datová Sada pro Kalibraci; Detekce Vozidel; Klasifikace Vozidel; Lokalizace Význačných Bodů; Reidentifikace Vozidel; Odhad Horizontu; AI City Challenge
Available in a digital repository NRGL
Automatická kalibrace dohledové kamery pozorováním rigidních objektů
Tato práce je zaměřena na automatickou kalibraci kamery na základě vícečetných pozorování libovolných rigidních předmětů. Na základě pozorování rigidních objektů pohybujících se ve společné rovině ...
Paralelní numerické řešení diferenciálních rovnic
Nečasová, Gabriela; Čermák, Martin; Kozek, Martin; Šátek, Václav
2024 - English
Diferenciální rovnice se studují již vice než 300 let. Poprvé parciální diferenciální rovnice použil švýcarský matematik a právník Nicolaus Bernoulli v 18. století. Parciální diferenciální rovnice druhého řádu se používají k modelování široké škály jevů ve vědě, technice a matematice, například šíření světelných a zvukových vln, pohybu tekutin a šíření tepla. Práce se zabývá paralelním numerickým řešením parciálních diferenciálních rovnic. Parciální diferenciální rovnice druhého řádu jsou pomocí metody přímek převedeny na rozsáhlé soustavy obyčejných diferenciálních rovnic. Prostorové derivace v parciální diferenciální rovnici jsou nahrazeny různými typy konečných diferencí. Výsledné soustavy obyčejných diferenciálních rovnic (problémy počátečních hodnot) jsou řešeny paralelně pomocí Runge-Kutta metod a nově navržené metody vyššího řádu založené na Taylorově řadě. Numerické experimenty vybraných problémů jsou realizovány na superpočítači s různým počtem výpočetních uzlů. Výsledky ukazují, že metoda založená na Taylorově řadě výrazně překonává standardní Runge-Kutta metody. Differential equations have been studied for over 300 years. Partial differential equations were first used by the Swiss mathematician and lawyer Nicolaus Bernoulli in the 18th century. Second-order partial differential equations are used to model a wide range of phenomena in science, engineering, and mathematics, such as the propagation of light and sound waves, the motion of fluids, and the diffusion of heat. The thesis deals with the parallel numerical solution of partial differential equations. Second-order partial differential equations are transformed into large systems of ordinary differential equations using the method of lines. The spatial derivatives in the partial differential equation are replaced by various types of finite differences. The resulting large systems of ordinary differential equations (initial value problem) are solved in parallel using Runge-Kutta methods and the newly proposed higher-order method based on Taylor series. The numerical experiments of the selected problems are calculated using a supercomputer with different numbers of compute nodes. The results show that the Taylor-series-based numerical method significantly over-performs state-of-the-art Runge-Kutta methods.
Keywords:
partial differential equations; ordinary differential equations; initial value problems; Taylor series; Runge-Kutta; method of lines; finite differences; parallel computations; supercomputers; parcilální diferenciální rovnice; obyčejné diferenciální rovnice; problémy počátečních hodnot; Taylorova řada; Runge-Kutta; metoda přímek; konečné diference; paralelní výpočty; superpočítače
Available in a digital repository NRGL
Paralelní numerické řešení diferenciálních rovnic
Diferenciální rovnice se studují již vice než 300 let. Poprvé parciální diferenciální rovnice použil švýcarský matematik a právník Nicolaus Bernoulli v 18. století. Parciální diferenciální rovnice ...
Optimalizace transportu vzduchu ve ventilátorové komoře s volným oběžným kolem
Cakl, Dominik; Bašta, Jiří; Cifrinec, Ivan; Rubina, Aleš
2024 - Czech
Práce se zabývá zlepšením hydraulických vlastností transportu vzduchu ve ventilátorových komorách s volnými oběžnými koly, kterými jsou opatřeny každé větší centrální vzduchotechnické systémy. Každý větší centrální vzduchotechnický systém je opatřen sáním čerstvého vzduchu, které transportuje vzduch do ventilátorové komory, ve které je ventilátor s volným oběžným kolem, který zajišťuje transport vzduchu a dodává proudu vzduchu kinetickou energii. Z ventilátorové komory je vzduch dále transportován vzduchotechnickým systémem do jednotlivých distribučních elementů. Analogicky je skrze ventilátorovou komoru řešen i odvod znečištěného vzduchu. Turbulentní proudění vzduchu na výstupu z oběžného kola způsobuje tlakovou ztrátu ve výtlačné komoře vzduchotechnické jednotky, neboť vzduch je dopravován pulzně podle záběru lopatek. V praxi jsou do vzduchotechnických jednotek osazovány ventilátory o menších výkonových parametrech naměřených v laboratořích za ideálních okrajových podmínek, které neřeší problém v rozdílu reálného dopravního tlaku mezi přívodním a odvodním vzduchovodem s následkem, že instalované ventilátory v reálné ventilátorové skříni nedosahují parametrů udávaných výrobcem. Snižování tlakových ztrát ve ventilátorových komorách koreluje se snižováním spotřeby energie u zařízení zajišťujících transport vzduchu v souvislosti s udržitelnou výstavbou. Na základě vývoje aeorodynamické účinnosti ventilátorů a evropské legislativy byl popsán aktuální trend významného snižování spotřeby energie, mimo jiné u zařízení zajišťujících transport vzduchu, prostřednictvím oprav, opětovného použití, změnou účelu a recyklace použitých materiálů a prostřednictvím prodloužení životnosti výrobků a budov. Dále jsou uvedeny tři rešeršní principy a metody zlepšení účinnosti zařízení za účelem snížení energetické potřeby zařízení zajišťujících transport vzduchu, jejichž autoři přistupují k výzkumu numericky a experimentálně. Cílem originálních technických řešení uváděných v této práci, je představit vývoj, pomocí kterého se optimalizují tlakové ztráty ventilátorové komory s volným oběžným kolem. První řešení popisuje princip náběhových plechů, kde je cílem pomoci proudu vzduchu eliminovat negativní dopady víření a ulehčit výtok vzduchu z ventilátorové komory pomocí hladkého sklouznutí po šikmé ploše, čímž dochází ke snížení měrného příkonu ventilátoru až o 5,9 % (za daných okrajových podmínek). Podstatou druhého inovativního technického řešení je představit volné oběžné kolo, které vychází ze spojení dvou řad zakřivených lopatek konkávního a konvexního tvaru, které slouží k optimalizaci tlakové ztráty ventilátorové komory s volným oběžným kolem, které produkuje menší, rovnoměrnější, vzájemně interagující proudy, které pomáhají proudu vzduchu plynuleji změnit směr víření ve ventilátorové komoře a které nenašlo pro konkrétní měřené okrajové podmínky prakticky žádný význam. Podstatou třetího inovativního technického řešení je představení moderní výroby produktů z „udržitelných“ materiálů za pomocí 3D tisku, v podobě volného oběžného kola pro ventilátory s volným oběžným kolem. Výsledky geometrických kopií volných oběžných kol vyrobených z lehčího materiálu reflektují, že došlo ke snížení průměrného měrného příkonu ventilátoru až o 4,4 %, přičemž došlo zároveň ke snížení součtové hladiny zvuku. The work deals with the improvement of the hydraulic properties of air transport in fan chambers with free impeller wheels, which are equipped in every larger central air handling system. Every larger central air handling system is equipped with a fresh air intake that transports the air into a fan chamber, which contains a free-wheel fan that provides air transport and provides kinetic energy to the air stream. From the fan chamber, the air is further transported by the air handling system to the individual distribution elements. Similiary, the extraction of polluted air is solved through the fan chamber. The turbulent flow of air at the outlet of the impeller causes a pressure loss in the discharge chamber of the air handling unit, as the air is transported in pulses according to the slip of the blades. In practice, fans with smaller performance parameters measured in laboratories under ideal boundary conditions are installed in air handling units, which do not solve the problem of the difference in real traffic pressure between the supply and exhaust air ducts, with the result that the installed fans in the real fan box do not reach the parameters specified by the manufacturer. Reduction the pressure losses in fan chambers is correlated with the reduction of energy consumption of equipment ensuring air transport in the context of sustainable construction. Based on the development of aerodynamic efficiency of fans and European legislation, the current trend of a significant reduction in energy consumption was described, among other things, for equipment providing air transport, through repairs, reuse, repurposing and recycling of used materials, and through extending the life of products and buildings. Furthermore, three research principles and methods of improving the efficiency of equipment in order to reduce the energy demand of equipment ensuring air transport are presented, the authors of which approach the research numerically and experimentally. The goal of the original technical solutions presented in this work is to present a development that optimizes the pressure losses of a fan chamber with a free impeller. The first solution describes the principle of lead-in plates, where the goal is to help the air stream eliminate the negative effects of swirling and facilitate the outflow of air from the fan chamber by means of a smooth slide along an inclined surface, which reduces the specific power of the fan, under the given marginal conditions, by up to 5.9 %. The essence of the second innovative technical solution is to present a free impeller, which is based on the connection of two rows of curved blades of concave and convex shape, which serves to optimize the pressure loss of the fan chamber with a free impeller, which produces smaller, more uniform, mutually interacting currents that help the flow of air to more smoothly change the direction of swirling in the fan chamber and which found practically no value for the specific measured boundary conditions. The essence of the third innovative technical solution is the introduction of modern production of products from "sustainable" materials with the help of 3D printing, in the form of a free impeller for fans with a free impeller. The results of geometric copies of free impellers made of lighter material reflect that there was a reduction in the average specific power of the fan by up to 4.4 %, while at the same time there was a reduction in the total sound level.
Keywords:
Centrální klimatizační systém; volné oběžné kolo; ventilátorová komora; tlakové ztráty ventilátorů; moderní udržitelný materiál; 3D tisk; redistribuce vzduchu; měrný příkon ventilátoru. Vývoj volného oběžného kola.; Central air conditioning systém; free impeller wheel; fan chambre; pressure loss of the fans; modern sustainable material; 3D printing; air redistribution; specific fan power; development of the free impeller wheel.
Available in a digital repository NRGL
Optimalizace transportu vzduchu ve ventilátorové komoře s volným oběžným kolem
Práce se zabývá zlepšením hydraulických vlastností transportu vzduchu ve ventilátorových komorách s volnými oběžnými koly, kterými jsou opatřeny každé větší centrální vzduchotechnické systémy. Každý ...
Fluorescenční korelační spektroskopie ve studiu vlastností koloidních systémů
Marková, Kateřina; Lehocký, Marián; Kapusta, Peter; Pekař, Miloslav
2024 - Czech
Hydrogely jsou pro své vlastnosti vyhledávanou matricí pro medicínské účely. Často jsou tyto vlastnosti podmíněné jejich strukturou, proto je kladen důraz na přesně definovanou polymerní síť. Vrámci předložené dizertační práce byly různé typy hydrogelů zkoumány pomocí fluorescenční korelační spektroskopie (FCS) ve spojení smikroreologií. Spojení těchto metod se při zjišťování vlastností hydrogelů využívá minimálně, proto byla potřeba standardizace aoptimalizace metody. Pro tyto účely byly vybrány fluorescenčně značené silikátové nanočástice sneutrálním povrchovým nábojem. Vrámci optimalizace metody byly zjištěny limity přístroje, kdy se naměřené difúzní koeficienty ještě daly považovat zavalidní. Dále byly určeny parametry, které ovlivňují MSD křivku, tedy mají vliv také nasprávnost samotných naměřených dat. Jako modelový koloidní systém byl vybrán vodný roztok agarózy, který se vzávislosti nakoncentraci pohybuje vrozmezí viskoelastické kapaliny, až po tuhý hydrogel. Na něm byly testovány difúzní vlastnosti použitých nanočástic, ale také strukturní vlastnosti samotného systému. Byly zjištěny limitní koncentrace, kdy difúzní koeficient přestal být vybranou technikou detekovatelný. Tento limit se podařilo částečně posunout úpravou korelačního času, kdy ovšem rozptyl hodnot difúzního koeficientu byl velmi vysoký. Takto naměřené hodnoty byly srovnány sbezkalibrační metodou dvouohniskové fluorescenční korelační spektroskopie (2f-FCS). Dále byly zjišťovány změny vdifúzním koeficientu vzávislosti na typu přípravy vzorků. Současně stěmito experimenty byla provedena i obrazová analýza, která ve spojení sFCS přinesla zajímavé výsledky. Posledním experimentem, který přinesl informace o vlastnostech jak vložených nanočástic, tak polymerním systému, bylo vymývání částic ze struktury hydrogelu. Jako poslední a nejpokročilejší analýza polymerní sítě, která definovala systém novým, alternativním, způsobem, byla vybrána metoda maximální entropie a analýza pomocí log-normální distribuce difúzních koeficientů. Hodnoty získané těmito pokročilými analýzami byly podobné jako data vypočítaná matematickým modelem anomální difúze. Novým přístupem byl popis vlastností pomocí reologických modulů. Ty se získaly řadou přepočtů znaměřené autokorelační křivky. Výstupem byl tedy reologický modul získaný zmikroreologických dat. Tvar křivky je srovnatelný sklasickou (makro)reologií, nicméně číselné hodnoty jsou řádově nižší. Nejmenší částice se vcelé koncentrační řadě chovaly jako včistě viskózním prostředí, největší částice definovaly chování systému vzávislosti nakoncentraci od velmi viskózního po viskoelastické. Posledním typem měření bylo studium hyaluronanu pomocí vybraných nanočástic a dále pomocí jeho fluorescenčně značeného analogu. Veškeré metody, které byly použity ve studiu agarózového hydrogelu se aplikovaly na viskoelastický systém hyaluronanu, kdy se zjišťovala použitelnost vybraných metod pro nový koloidní systém. Because of their properties, hydrogels are a highly sought-after matrix for medical purposes. These properties are often conditioned by the structure, therefore the emphasis is put on a precisely defined polymer network. In the presented dissertation, different types of hydrogels were researched using fluorescence correlation spectroscopy (FCS) in conjunction with microrheology. The combination of aforementioned methods is rarely used when determining the properties of hydrogels, and therefore, the method had to be standardized and optimized. For these purposes, fluorescently labeled silicate nanoparticles with a neutral surface charge were selected. In the course of the method optimization, the limits of the device were discovered within which the measured diffusion coefficients could still be considered valid. Furthermore, we have determined the parameters that affect the MSD curve and thus also the correctness of the actual measured data. An aqueous solution of agarose was chosen as a model colloidal system, as it ranges from a viscoelastic liquid to a solid hydrogel depending on the concentration. On this colloidal system, the diffusion properties of the nanoparticles used were tested as well as the structural properties of the system itself. Limit concentrations were found when the diffusion coefficient could no longer be detected using the selected method. The limit was successfully partially extended by adjusting the correlation time, however, the dispersion of the diffusion coefficient values was very high in such case. The values measured in this way were compared with the calibration-free method of bifocal fluorescence correlation spectroscopy (2f–FCS). Furthermore, changes in the diffusion coefficient were determined depending on the type of sample preparation. Alongside these experiments, image analysis was also performed, which provided interesting results in conjunction with FCS. The last experiment, which provided information about the properties of both the embedded nanoparticles and the polymer system, consisted of washing out of the particles from the hydrogel structure. The maximum entropy method with an analysis using log-normal distribution of diffusion coefficients was selected as the last and the most advanced polymer network analysis of the, which defined the system in a new and an alternative way. The results obtained using these advanced analyses were similar to the data calculated using the mathematical model of anomalous diffusion. The description of properties using rheological modules was a completely new approach. The properties were obtained using a series of conversions from the measured autocorrelation curve. Therefore, a rheological module obtained from microrheological data was the output of the approach. The shape of the curve is comparable to classical (macro)rheology, but the numerical values are lower by an entire order of magnitude. The smallest particles in the entire concentration range behaved as if they were in a purely viscous environment while the largest particles defined the behavior of the system depending on the concentration from very viscous to viscoelastic. The last type of measurement was the study of hyaluronan using selected nanoparticles and its fluorescently labeled analogue. All the methods that were used in the study of agarose hydrogel were applied to the viscoelastic system of hyaluronan to verify their applicability.
Keywords:
fluorescenční korelační spektroskopie; 2f-FCS; FLIM; MEM; log-normální distribuce; mikroreologie; fluorescence correlation spectroscopy; 2f-FCS; fluorescence lifetime imaging microscopy; maximum entropy method; log-normal distribution; microrheology
Available in a digital repository NRGL
Fluorescenční korelační spektroskopie ve studiu vlastností koloidních systémů
Hydrogely jsou pro své vlastnosti vyhledávanou matricí pro medicínské účely. Často jsou tyto vlastnosti podmíněné jejich strukturou, proto je kladen důraz na přesně definovanou polymerní síť. Vrámci ...
NRGL provides central access to information on grey literature produced in the Czech Republic in the fields of science, research and education. You can find more information about grey literature and NRGL at service web
Send your suggestions and comments to nusl@techlib.cz
Provider
Other bases